Une équipe d’experts internationaux, réputée pour avoir démystifié plusieurs découvertes de trous noirs, a découvert un trou noir de masse stellaire dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de la nôtre.
« 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 Tomer Shenar, responsable de l’étude. De plus, ils ont découvert que l’étoile à l’origine du trou noir avait disparu sans aucun signe d’explosion puissante. La découverte a été faite grâce à six années d’observations obtenues avec le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO).
« Nous avons identifié une ‘aiguille dans une botte de foin’», explique Shenar qui a commencé l’étude à la KU Leuven en Belgique [1] et est maintenant boursière Marie-Curie à l’Université d’Amsterdam, aux Pays-Bas. Bien que d’autres candidats trous noirs similaires ont été proposé, l’équipe affirme qu’il s’agit du premier trou noir de masse stellaire « dormant » à être détecté sans ambiguïté en dehors de notre galaxie.
Une équipe d’experts internationaux, réputée pour avoir démystifié plusieurs découvertes de trous noirs, a découvert un trou noir de masse stellaire dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de la nôtre. « 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 Tomer Shenar, responsable de l’étude. De plus, ils ont découvert que l’étoile à l’origine du trou noir avait disparu sans aucun signe d’explosion puissante. La découverte a été faite grâce à six années d’observations obtenues avec le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO). Crédit : ESO/L. Calçada
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. « Il est incroyable que nous connaissions à peine des trous noirs dormants, étant donné que les astronomes ordinaires pensent qu’ils sont», explique le co-auteur Pablo Marchant de la KU Leuven. Le trou noir nouvellement découvert fait au moins neuf fois la masse de notre 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,», déclare 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.” [2]
Pour trouver VFTS 243, la collaboration a recherché près de 1000 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 ayant démystifié trous noirs potentiels ces dernières années, j’étais extrêmement sceptique quant à cette découverte», explique Shenar. Le scepticisme était partagé par le co-auteur Kareem El-Badry du Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian aux États-Unis, que Shenar appelle le « destructeur de trous noirs ». « 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 entièrement effondrée, sans aucun signe d’une 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 trouvé à l’aide de six années d’observations de la nébuleuse de la tarentule par le spectrographe multi-éléments à large réseau de fibres (FLAMMES) instrument sur les ESO ALV [3].
Malgré le surnom de « police du trou noir », l’équipe encourage activement l’examen minutieux et espère que son travail, publié aujourd’hui dans Astronomie naturellepermettra 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 entendu, je m’attends à ce que d’autres dans le domaine examinent attentivement notre analyse et essaient de concocter des modèles alternatifs,» conclut El-Badry. « C’est un projet très excitant auquel participer.”
Remarques
[3] Les observations utilisées dans l’étude portent sur environ six années : elles consistent en des données VLT FLAMES Tarantula Survey (dirigé par Chris Evans, United Kingdom Astronomy Technology Centre, STFC, Royal Observatory, Edinburgh; maintenant à l’Agence spatiale européenne) obtenus à partir de 2008 et 2009, et des données supplémentaires du Surveillance binaire massive Tarantula programme (dirigé par Hugues Sana, KU Leuven), obtenu entre 2012 et 2014.
Plus d’information
Cette recherche a été présentée dans un article intitulé « An X-ray quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary of the Large Magellanic Cloud » à paraître dans Astronomie naturelle (doi : 10.1038/s41550-022-01730-y).
La recherche menant à ces résultats a reçu un financement du Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (numéros de convention de subvention 772225 : MULTIPLES) (PI : Sana).
L’équipe est composée de T. Shenar (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgium [KU Leuven]; Institut d’astronomie Anton Pannekoek, Université d’Amsterdam, Amsterdam, Pays-Bas [API]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Observatoire Royal de Belgique, Bruxelles, Belgique), K. El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA [CfA]; Harvard Society of Fellows, Cambridge, États-Unis ; Institut Max Planck d’astronomie, Heidelberg, Allemagne [MPIA]), P. Marchant (KU Leuven), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Allemagne, Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Allemagne [MPIfR]), C. Hawcroft (KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), K. Sen (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Allemagne, MPIfR), LA Almeida (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brésil ; Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Mossoró, Brésil), M. Abdul-Masih (ESO, Santiago, Chili), J. Bodensteiner (ESO, Garching, Allemagne), P. Crowther (Département de physique et d’astronomie, Université de Sheffield, Royaume-Uni), M. Gieles (ICREA, Barcelone, Espagne ; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Barcelone, Espagne), M. Gromadzki (Observatoire astronomique, Université de Varsovie, Pologne [Warsaw]), V. Henault-Brunet (Département d’astronomie et de physique, Université Saint Mary’s, Halifax, Canada), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espagne [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Espagne [IAC-ULL]), A. de Koter (KU Leuven, API), P. Iwanek (Varsovie), S. Kozłowski (Varsovie), DJ Lennon (IAC, IAC-ULL), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Espagne), P. Mróz (Varsovie), AFJ Moffat (Département de physique et Institut de recherche sur les exoplanètes, Université de Montréal, Canada), A. Picco (KU Leuven), P. Pietrukowicz (Varsovie), R. Poleski (Varsovie), K. Rybicki (Varsovie et Département de physique des particules et d’astrophysique, Weizmann Institute of Science, Israël), FRN Schneider (Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Heidelberg, Allemagne [HITS]; Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Allemagne), DM Skowron (Varsovie), J. Skowron (Varsovie), I. Soszyński (Varsovie), MK Szymański (Varsovie), S. Toonen (API), A. Udalski (Varsovie), K. Ulaczyk (Département de physique, Université de Warwick, Royaume-Uni), JS Vink (Armagh Observatory & Planetarium, Royaume-Uni) et M. Wrona (Varsovie).
L’Observatoire européen austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l’Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires de classe mondiale sur le terrain – que les astronomes utilisent pour aborder des questions passionnantes et répandre la fascination de l’astronomie – et promouvons la collaboration internationale dans le domaine de l’astronomie. Créée en tant qu’organisation intergouvernementale en 1962, l’ESO est aujourd’hui soutenue par 16 États membres (Autriche, Belgique, République tchèque, Danemark, France, Finlande, Allemagne, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, Espagne, Suède, Suisse et le Royaume-Uni), avec l’État hôte du Chili et avec l’Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l’ESO et son centre d’accueil et son planétarium, l’ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d’Atacama, un endroit merveilleux avec des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L’ESO exploite trois sites d’observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l’ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que deux télescopes d’étude, VISTA travaillant dans l’infrarouge et le VLT Survey Telescope en lumière visible. Toujours à Paranal, l’ESO hébergera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l’observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. En collaboration avec des partenaires internationaux, l’ESO exploite APEX et ALMA sur Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans la gamme millimétrique et submillimétrique. À Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons « le plus grand œil du monde sur le ciel » — l’Extremely Large Telescope de l’ESO. Depuis nos bureaux de Santiago, au Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès de nos partenaires et de la société chilienne.
La source: ESO
