En 1916, Karl Schwarzchild a théorisé l'existence des trous noirs comme une résolution des équations de champ d'Einstein pour sa théorie de la relativité générale. Au milieu du XXe siècle, les astronomes ont commencé à détecter les trous noirs pour la première fois en utilisant des méthodes indirectes, qui consistaient à observer leurs effets sur les objets et l'espace environnants. Depuis les années 1980, les scientifiques étudient les trous noirs supermassifs (SMBH), qui résident au centre de la plupart des galaxies massives de l'univers. Et en avril 2019, la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a publié la première image jamais prise d'un SMBH.

Ces observations sont l'occasion de tester les lois de la physique dans les conditions les plus extrêmes et d'offrir un aperçu des forces qui ont façonné l'univers. Selon une étude récente, une équipe de recherche internationale s'est appuyée sur les données de l'observatoire Gaia de l'ESA pour observer une étoile semblable au soleil avec d'étranges caractéristiques orbitales. En raison de la nature de son orbite, l'équipe a conclu qu'il devait faire partie d'un système binaire de trou noir. Cela en fait le trou noir le plus proche de notre système solaire et implique l'existence d'une importante population de trous noirs dormants dans notre galaxie.

La recherche a été dirigée par Kareem El-Badry, astrophysicien membre de la Harvard Society Fellow du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et du Max Planck Institute for Astronomy (MPIA). Il a été rejoint par des chercheurs de CfA, MPIA, Caltech, UC Berkely, du Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA), de l'Institut Weizmann des sciences, de l'Observatoire de Paris, de l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT et de plusieurs universités. L'article décrivant leurs découvertes sera publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Comme El-Badry l'a expliqué à Universe Today par e-mail, ces observations faisaient partie d'une campagne plus large visant à identifier les compagnons de trou noir dormant aux étoiles normales de la galaxie de la Voie lactée. "Je recherche des trous noirs dormants depuis quatre ans en utilisant un large éventail d'ensembles de données et de méthodes", a-t-il déclaré. "Mes tentatives précédentes ont révélé une ménagerie diversifiée de fichiers binaires qui se font passer pour des trous noirs, mais c'était la première fois que la recherche portait ses fruits."

Pour les besoins de cette étude, El-Badry et ses collègues se sont appuyés sur les données obtenues par l'Observatoire Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA). Cette mission a passé près d'une décennie à mesurer les positions, les distances et les mouvements propres de près d'un milliard d'objets astronomiques, tels que des étoiles, des planètes, des comètes, des astéroïdes et des galaxies. En suivant le mouvement des objets en orbite autour du centre de la Voie lactée (une technique connue sous le nom d'astrométrie), la mission Gaia vise à construire le catalogue spatial 3D le plus précis jamais créé.

Pour leurs besoins, El-Badry et ses collègues ont examiné les 168 065 étoiles du Gaia Data Release 3 (GDR3) qui semblaient avoir des orbites à deux corps. Leur analyse a trouvé un candidat particulièrement prometteur, un type G (étoile jaune) désigné Gaia DR3 4373465352415301632 - pour leurs besoins, l'équipe l'a désigné Gaia BH1. Sur la base de sa solution orbitale observée, El-Badry et ses collègues ont déterminé que cette étoile devait avoir un compagnon binaire de trou noir. Dit El-Badry :

"Les données Gaia limitent la façon dont l'étoile se déplace dans le ciel, traçant une ellipse en orbite autour du trou noir. La taille de l'orbite et sa période nous donnent une contrainte sur la masse de son compagnon invisible - environ 10 masses solaires. Dans Afin de confirmer que la solution de Gaia est correcte et d'écarter les alternatives non trou noir, nous avons observé l'étoile par spectroscopie avec plusieurs autres télescopes. Cela a resserré nos contraintes sur la masse du compagnon et prouvé qu'il est vraiment "sombre"."

Pour confirmer leurs observations, l'équipe a analysé les mesures de vitesse radiale de Gaia BH1 à partir de plusieurs télescopes. Cela comprenait le spectromètre Echelle haute résolution (HIRES) de l'observatoire W. M. Keck, le spectrographe FEROS (spectrographe optique à portée étendue) du télescope MPG/ESO, le spectrographe X-Shooter du Very Large Telescope (VLT), les spectrographes multi-objets Gemini. (GMOS), le spectrographe Magellan Echellette (MagE) et le télescope spectroscopique à fibre multi-objets à large zone de ciel (LAMOST).

Semblable à la méthode utilisée pour la chasse aux exoplanètes (spectroscopie Doppler), les spectres fournis par ces instruments ont permis à l'équipe d'observer et de mesurer les forces gravitationnelles influençant son orbite. Ces observations de suivi ont confirmé la solution orbitale de Gaia BH1 et qu'un compagnon d'environ dix masses solaires coorbitait avec elle. Comme l'a indiqué El-Badry, ces découvertes pourraient constituer le premier trou noir de la Voie lactée qui n'a pas été observé sur la base de ses émissions de rayons X ou d'autres rejets énergétiques :

"Les modèles prédisent que la Voie lactée contient environ 100 millions de trous noirs. Mais nous n'en avons observé qu'une vingtaine. Tous les précédents que nous avons observés sont dans des 'binaires à rayons X' :le trou noir mange une étoile compagne. , et il brille vivement dans les rayons X lorsque l'énergie potentielle gravitationnelle de ce matériau est transformée en lumière. Mais ceux-ci ne représentent que la pointe de l'iceberg :une population beaucoup plus importante peut se cacher, cachée dans des binaires plus largement séparés. La découverte de Gaia BH1 brille premier éclairage sur cette population."

Si elles sont confirmées, ces découvertes pourraient signifier qu'il existe une population robuste de trous noirs dormants dans la Voie lactée. Cela fait référence aux trous noirs qui ne sont pas évidents à partir de disques brillants, de rafales de rayonnement ou de jets à hypervitesse émanant de leurs pôles (comme c'est souvent le cas avec les quasars). Si ces objets sont omniprésents dans notre galaxie, les implications pour l'évolution stellaire et galactique pourraient être profondes. Cependant, il est possible que ce trou noir dormant particulier soit une valeur aberrante et non indicative d'une population plus importante.

Pour vérifier leurs conclusions, El-Badry et ses collègues attendent avec impatience le Gaia Data Release 4 (GDR 4), dont la date reste à déterminer, qui comprendra toutes les données recueillies au cours de la mission nominale de cinq ans (GDR 4 ). Cette version comprendra les catalogues astrométriques, photométriques et de vitesse radiale les plus à jour pour toutes les étoiles, binaires, galaxies et exoplanètes observées. La cinquième et dernière version (GDR 5) inclura les données de la mission nominale et prolongée (les dix années complètes).

"Sur la base du taux d'occurrence du compagnon BH impliqué par Gaia BH1, nous avons estimé que la prochaine publication de données Gaia permettra la découverte de dizaines de systèmes similaires", a déclaré El-Badry. "Avec un seul objet, il est difficile de savoir exactement ce que cela implique sur la population (ce pourrait être juste un excentrique, un coup de chance). Nous sommes enthousiasmés par les études démographiques de la population que nous pourrons faire avec des échantillons plus importants." + Explorer plus loin

La "police du trou noir" découvre un trou noir dormant à l'extérieur de la galaxie de la Voie lactée