Les trous noirs stellaires se forment à la suite de l’effondrement d’étoiles massives et ceux précédemment identifiés dans la Voie lactée sont en moyenne environ 10 fois plus massifs que le soleil. Même le prochain trou noir stellaire le plus massif connu dans notre galaxie, Cygnus X-1, n'atteint que 21 masses solaires, ce qui rend cette nouvelle observation de 33 masses solaires exceptionnelle.

Il est remarquable que ce trou noir soit également extrêmement proche de nous :à seulement 2 000 années-lumière de nous, dans la constellation de l’Aquila, il s’agit du deuxième trou noir connu le plus proche de la Terre. Surnommé Gaia BH3 ou BH3 en abrégé, il a été découvert alors que l'équipe examinait les observations de Gaia en vue d'une prochaine publication de données.

"Personne ne s'attendait à trouver un trou noir de masse élevée à proximité, non détecté jusqu'à présent", explique Pasquale Panuzzo, membre de la collaboration Gaia et astronome à l'Observatoire de Paris, qui fait partie du Centre national de la recherche scientifique (CNRS). "C'est le genre de découverte que l'on fait une fois dans sa vie de chercheur."

Pour confirmer leur découverte, la collaboration Gaia a utilisé les données d'observatoires au sol, notamment celles de l'instrument UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) du VLT de l'ESO, situé dans le désert d'Atacama au Chili. Ces observations ont révélé des propriétés clés de l'étoile compagne qui, combinées aux données de Gaia, ont permis aux astronomes de mesurer avec précision la masse de BH3.

Les astronomes ont découvert des trous noirs tout aussi massifs à l’extérieur de notre galaxie (en utilisant une méthode de détection différente) et ont émis l’hypothèse qu’ils pourraient se former à partir de l’effondrement d’étoiles avec très peu d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium dans leur composition chimique. On pense que ces étoiles dites pauvres en métaux perdent moins de masse au cours de leur vie et disposent donc de plus de matière pour produire des trous noirs de masse élevée après leur mort. Mais les preuves reliant directement les étoiles pauvres en métaux aux trous noirs de masse élevée manquaient jusqu'à présent.

Les étoiles par paires ont tendance à avoir des compositions similaires, ce qui signifie que le compagnon de BH3 détient des indices importants sur l'étoile qui s'est effondrée pour former ce trou noir exceptionnel. Les données UVES ont montré que le compagnon était une étoile très pauvre en métaux, ce qui indique que l'étoile qui s'est effondrée pour former BH3 était également pauvre en métaux, comme prévu.

La recherche, dirigée par Panuzzo et intitulée "Découverte d'un trou noir dormant de 33 masses solaires dans l'astrométrie Gaia en pré-version", est publiée dans Astronomy &Astrophysics. .

"Nous avons pris la décision exceptionnelle de publier cet article basé sur des données préliminaires avant la prochaine publication de Gaia en raison de la nature unique de la découverte", explique la co-auteure Elisabetta Caffau, également membre de la collaboration Gaia de l'Observatoire CNRS de Paris. Rendre les données disponibles plus tôt permettra à d'autres astronomes de commencer à étudier ce trou noir dès maintenant, sans attendre la publication complète des données, prévue pour fin 2025 au plus tôt.

D’autres observations de ce système pourraient en révéler davantage sur son histoire et sur le trou noir lui-même. L'instrument GRAVITY de l'interféromètre VLT de l'ESO, par exemple, pourrait aider les astronomes à déterminer si ce trou noir attire la matière de son environnement et à mieux comprendre cet objet passionnant.