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

Cette impression d'artiste montre à quoi pourrait ressembler le système binaire VFTS 243 si nous l'observions de près. Le système, qui est situé dans la nébuleuse de la Tarentule dans le Grand Nuage de Magellan, est composé d'une étoile chaude et bleue avec 25 fois la masse du Soleil et d'un trou noir, qui est au moins neuf fois la masse du Soleil. Les tailles des deux composantes binaires ne sont pas à l'échelle :en réalité, l'étoile bleue est environ 200 000 fois plus grosse que le trou noir. Notez que l'effet de "lentille" autour du trou noir est montré à des fins d'illustration uniquement, pour rendre cet objet sombre plus visible dans l'image. L'inclinaison du système fait qu'en le regardant depuis la Terre, on ne peut pas observer le trou noir éclipsant l'étoile. Crédit :Crédit :ESO/L. Calçada

Une équipe d'experts internationaux connus pour démystifier les découvertes de trous noirs a découvert un trou noir dormant de masse stellaire dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de la Voie lactée. L'équipe comprend Kareem El-Badry - surnommé par ses collègues astronomes le "destructeur de trous noirs" - du Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CFA).

"Pour la première fois, notre équipe s'est réunie pour rendre compte de la découverte d'un trou noir, au lieu d'en rejeter un", explique le responsable de l'étude Tomer Shenar, boursier Marie-Curie à l'université d'Amsterdam aux Pays-Bas.

L'équipe a découvert que l'étoile à l'origine du trou noir avait disparu sans aucun signe d'une puissante explosion.

"Nous avons identifié une aiguille dans une botte de foin", explique Shenar. Bien que d'autres trous noirs candidats similaires aient été proposés, l'équipe affirme qu'il s'agit du premier trou noir "dormant" de masse stellaire à être détecté sans ambiguïté en dehors de la galaxie de la Voie lactée. Les travaux ont été publiés aujourd'hui dans la revue Nature Astronomy.

Les trous noirs de masse stellaire se forment lorsque des étoiles massives atteignent la fin de leur vie et s'effondrent sous leur propre gravité. Dans un binaire, un système de deux étoiles tournant l'une autour de l'autre, ce processus laisse derrière lui un trou noir en orbite avec une étoile compagne lumineuse. Le trou noir est "dormant" s'il n'émet pas de niveaux élevés de rayonnement X, c'est ainsi que ces trous noirs sont généralement détectés.

La découverte a été faite grâce à six années d'observations obtenues avec le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral (ESO).

"Il est incroyable que nous connaissions à peine des trous noirs dormants, étant donné à quel point les astronomes les croient", explique le co-auteur Pablo Marchant de la KU Leuven. Le trou noir nouvellement découvert fait au moins neuf fois la masse du Soleil et orbite autour d'une étoile bleue chaude pesant 25 fois la masse du Soleil.

Les trous noirs dormants sont particulièrement difficiles à repérer car ils interagissent peu avec leur environnement.

"Depuis plus de deux ans maintenant, nous recherchons de tels systèmes binaires à trous noirs", explique la co-auteure Julia Bodensteiner, chercheuse à l'ESO en Allemagne. "J'étais très excité quand j'ai entendu parler de VFTS 243, qui à mon avis est le candidat le plus convaincant signalé à ce jour."

Brillant à environ 160 000 années-lumière, la nébuleuse de la Tarentule est la caractéristique la plus spectaculaire du Grand Nuage de Magellan, une galaxie satellite de la Voie lactée. Cette image du VLT Survey Telescope à l'Observatoire Paranal de l'ESO au Chili montre la région et ses environs riches en détail. Il révèle un paysage cosmique d'amas d'étoiles, de nuages de gaz incandescents et de restes dispersés d'explosions de supernova. Crédit :Crédit :ESO

Pour trouver VFTS 243, la collaboration a recherché près de 1 000 étoiles massives dans la région de la nébuleuse de la Tarentule du Grand Nuage de Magellan, à la recherche de celles qui pourraient avoir des trous noirs comme compagnons. Il est extrêmement difficile d'identifier ces compagnons comme des trous noirs, car il existe de nombreuses possibilités alternatives.

"En tant que chercheur qui a démystifié les trous noirs potentiels ces dernières années, j'étais extrêmement sceptique quant à cette découverte", déclare Shenar.

Le scepticisme était partagé par le co-auteur de CfA, El-Badry, que Shenar appelle le "destructeur de trous noirs". Un récent Harvard Magazine l'histoire appelle également El-Badry un "démystificateur de trou noir".

"Quand Tomer m'a demandé de revérifier ses découvertes, j'ai eu des doutes. Mais je n'ai pas trouvé d'explication plausible pour les données qui n'impliquaient pas un trou noir", explique El-Badry.

La découverte permet également à l'équipe d'avoir une vue unique sur les processus qui accompagnent la formation des trous noirs. Les astronomes pensent qu'un trou noir de masse stellaire se forme lorsque le noyau d'une étoile massive mourante s'effondre, mais il reste incertain si cela s'accompagne ou non d'une puissante explosion de supernova.

"L'étoile qui a formé le trou noir dans VFTS 243 semble s'être complètement effondrée, sans aucun signe d'explosion précédente", explique Shenar. "Des preuves de ce scénario d'"effondrement direct" sont apparues récemment, mais notre étude fournit sans doute l'une des indications les plus directes. Cela a d'énormes implications pour l'origine des fusions de trous noirs dans le cosmos."

Le trou noir dans VFTS 243 a été découvert à l'aide de six années d'observations de la nébuleuse de la Tarentule par l'instrument FLAMES (Fiber Large Array Multi Element Spectrograph) sur le VLT de l'ESO. FLAMES permet aux astronomes d'observer plus d'une centaine d'objets à la fois, un gain de temps significatif au télescope par rapport à l'étude de chaque objet un par un.

Malgré le surnom de "police des trous noirs", l'équipe encourage activement l'examen minutieux et espère que leur travail permettra la découverte d'autres trous noirs de masse stellaire en orbite autour d'étoiles massives, dont des milliers devraient exister dans la Voie lactée et dans les Nuages de Magellan. .

"Bien sûr, je m'attends à ce que d'autres dans le domaine examinent attentivement notre analyse et essaient de concocter des modèles alternatifs", déclare El-Badry. "C'est un projet très excitant auquel participer." + Explorer plus loin