Une équipe internationale d'astronomes a utilisé plus de 500 images du télescope spatial Hubble de la NASA, couvrant deux décennies d'observations, pour détecter sept étoiles à déplacement rapide dans la région la plus interne de l'amas globulaire Omega Centauri, le plus grand et le plus brillant du ciel. Ces étoiles fournissent de nouvelles preuves convaincantes de la présence de l'attraction gravitationnelle d'un trou noir de masse intermédiaire (IMBH) qui les tire. Seuls quelques autres candidats IMBH ont été découverts à ce jour. Crédit : ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)
Les trous noirs sont les portes de l'univers qui mènent à un abîme. Ils sont généralement de deux tailles. Le premier type est celui des étoiles suffisamment massives pour qu'une fois éteintes, elles s'effondrent en une singularité équivalente à cinq à dix fois la masse de notre Soleil, écrasée en quelque chose de plus petit que le point à la fin de cette phrase.
Le deuxième type connu est celui des trous noirs monstrueux, dont la masse est des millions, voire des milliards de fois celle de notre Soleil. Ils se trouvent au cœur des galaxies et engloutissent toutes les étoiles qui passent à proximité. Ils doivent être intimement liés aux premiers jours de la formation des galaxies.
Ce qui est insaisissable, ce sont les soi-disant trous noirs de masse intermédiaire, pesant des centaines ou quelques milliers de masses solaires. Sont-ils un « chaînon manquant » dans trou noir évolution?
L'un des meilleurs candidats se cache au centre de l'immense amas globulaire d'étoiles Omega Centauri. Comme les trous noirs ne peuvent pas être observés directement, les astronomes doivent recourir à la « criminalistique stellaire » en mesurant la façon dont l'attraction gravitationnelle d'un trou noir affecte les mouvements des étoiles proches. Les vitesses stellaires peuvent être utilisées pour estimer la masse du trou noir. Plus une étoile se déplace rapidement, plus l'attraction exercée par le trou noir est puissante.
Il s’agit d’un processus minutieux que seule la Le télescope spatial Hubble peut faire pour un objet aussi lointain qu'Omega Centauri. Les astronomes ont utilisé plus de 500 images de Hubble — couvrant deux décennies d'observations — pour suivre le mouvement de sept étoiles rapides dans la région la plus interne de l'amas d'étoiles.
On estime que le trou noir d'Omega Centauri mesure 8 200 fois la taille de notre Soleil. Si cela est confirmé, il est plus proche de la Terre que le trou noir de 4,3 millions de masses solaires situé au centre de la Terre. voie LactéeCe trou noir se trouve à 26 000 années-lumière, tandis qu’Omega Centauri se trouve à 17 700 années-lumière de nous.
Cette image montre l'emplacement de l'IMBH dans Omega Centauri. Si cela est confirmé, à sa distance de 17 700 années-lumière, le trou noir candidat réside plus près de la Terre que le trou noir de 4,3 millions de masses solaires au centre de la Voie Lactée, qui se trouve à 26 000 années-lumière. Outre le centre galactique, ce serait également le seul cas connu d'un certain nombre d'étoiles étroitement liées à un trou noir massif.
Cette image comprend trois panneaux. La première image à gauche montre l'amas globulaire Omega Centauri, un ensemble de myriades d'étoiles colorées en rouge, blanc et bleu sur le fond noir de l'espace. La deuxième image montre les détails de la région centrale de cet amas, avec une vue rapprochée des étoiles individuelles. La troisième image montre l'emplacement du candidat IMBH dans l'amas.
Crédits : ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)
Le télescope spatial Hubble révèle des preuves solides de l'existence d'un trou noir de masse intermédiaire dans la galaxie Omega Centauri
La plupart des trous noirs connus sont soit extrêmement massifs, comme les trous noirs supermassifs qui se trouvent au cœur des grandes galaxies, soit relativement légers, avec une masse inférieure à 100 fois celle du Soleil. Les trous noirs de masse intermédiaire (IMBH) sont toutefois rares et sont considérés comme des « chaînons manquants » rares dans l’évolution des trous noirs.
Aujourd'hui, une équipe internationale d'astronomes a utilisé plus de 500 images de NASALe télescope spatial Hubble, qui couvre deux décennies d'observations, a été utilisé pour rechercher des preuves de l'existence d'un trou noir de masse intermédiaire en suivant le mouvement de sept étoiles en mouvement rapide dans la région la plus interne de l'amas globulaire Omega Centauri.
Ces étoiles fournissent de nouvelles preuves convaincantes de la présence de l'attraction gravitationnelle d'un trou noir de masse intermédiaire qui les attire. Seuls quelques autres candidats IMBH ont été découverts à ce jour.
Omega Centauri est composé d'environ 10 millions d'étoiles liées par gravitation. L'amas est environ 10 fois plus massif que les autres grands amas globulaires, presque aussi massif qu'une petite galaxie.
Recherches et découvertes sur l'IMBH
Parmi les nombreuses questions auxquelles les scientifiques veulent répondre : existe-t-il des IMBH et si oui, à quel point sont-ils courants ? Un trou noir supermassif se développe-t-il à partir d'un IMBH ? Comment se forment les IMBH eux-mêmes ? Les amas d'étoiles denses sont-ils leur habitat privilégié ?
Cette image montre la région centrale de l'amas globulaire Omega Centauri, où le candidat IMBH a été découvert. Crédit : ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)
Les astronomes ont désormais créé un énorme catalogue des mouvements de ces étoiles, en mesurant les vitesses de 1,4 million d'étoiles recueillies à partir des images de l'amas prises par Hubble. La plupart de ces observations étaient destinées à calibrer les instruments de Hubble plutôt qu'à une utilisation scientifique, mais elles se sont révélées être une base de données idéale pour les efforts de recherche de l'équipe.
« Nous avons découvert sept étoiles qui ne devraient pas être là », explique Maximilian Häberle, de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne, qui a dirigé cette étude. « Elles se déplacent si vite qu’elles pourraient s’échapper de l’amas et ne jamais revenir. L’explication la plus probable est qu’un objet très massif attire gravitationnellement ces étoiles et les maintient près du centre. Le seul objet qui puisse être aussi massif est un trou noir, dont la masse est au moins 8 200 fois celle de notre Soleil. »
Conséquences et importance historique de la découverte
Plusieurs études ont suggéré la présence d'un IMBH dans Omega Centauri. Cependant, d'autres études ont suggéré que la masse pourrait être apportée par un amas central de trous noirs de masse stellaire, et ont suggéré que l'absence d'étoiles se déplaçant rapidement au-dessus de la vitesse de libération nécessaire rendait un IMBH moins probable en comparaison.
« Cette découverte est la preuve la plus directe jusqu’à présent d’un IMBH dans Omega Centauri », a ajouté Nadine Neumayer, chef de l’équipe de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne, qui a initié l’étude avec Anil Seth de l’Université de l’Utah, à Salt Lake City. « C’est passionnant car il n’existe que très peu d’autres trous noirs connus ayant une masse similaire. Le trou noir d’Omega Centauri pourrait être le meilleur exemple d’un IMBH dans notre voisinage cosmique. »
Si cela est confirmé, à une distance de 17 700 années-lumière, le trou noir candidat réside plus près de la Terre que le trou noir de 4,3 millions de masses solaires au centre de la Voie lactée, situé à 26 000 années-lumière.
Oméga du Centaure est visible à l'œil nu depuis la Terre et est l'un des objets célestes préférés des astronomes de l'hémisphère sud. Situé juste au-dessus du plan de la Voie lactée, l'amas apparaît presque aussi grand que la pleine Lune lorsqu'il est observé depuis une zone rurale sombre. Il a été répertorié pour la première fois dans le catalogue de Ptolémée il y a près de 2 000 ans comme une étoile unique. Edmond Halley l'a décrit comme une nébuleuse en 1677. Dans les années 1830, l'astronome anglais John Herschel a été le premier à le reconnaître comme un amas globulaire.
L'article de découverte dirigé par Häberle et al. a été publié en ligne le 10 juillet dans la revue Nature.
Le télescope spatial Hubble est en service depuis plus de trois décennies et continue de faire des découvertes révolutionnaires qui façonnent notre compréhension fondamentale de l'univers. Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l'ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, gère le télescope et les opérations de mission. Lockheed Martin Space, basé à Denver, dans le Colorado, soutient également les opérations de mission à Goddard. Institut des sciences du télescope spatial à Baltimore, dans le Maryland, qui est exploité par l'Association des universités pour la recherche en astronomie, mène des opérations scientifiques Hubble pour la NASA.
