Découverte d’un trou noir en dehors de la Voie lactée

Une équipe internationale d’astronomes vient de découvrir un trou noir dans un amas d’étoiles en dehors de notre galaxie. Elle a utilisé le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO) pour observer comment le trou noir affecte le mouvement d’une étoile proche. Cette méthode de détection fait ses débuts technologiques, et se veut la clé pour trouver des trous noirs cachés à la fois dans la Voie lactée et dans d’autres galaxies proches.

La découverte a été faite dans le Grand Nuage de Magellan, où se trouve un amas de millions d’étoiles situé à 160 000 années-lumière.

Comme l’explique un article publié par l’ESO lui-même et à paraître dans le Monthly Notice of the Royal Astronomical Society, le nouveau trou noir se trouvait dans un amas de milliers d’étoiles appelé NGC 1850, situé à environ 160 000 années-lumière dans le Grand Nuage de Magellan, la plus grande des « galaxies satellites » de la Voie lactée.

« Nous avons examiné chaque étoile de l’amas et, tel Sherlock Holmes suivant les faux pas d’une bande criminelle avec sa loupe, nous avons essayé de trouver des preuves de la présence de trous noirs, mais sans les voir directement. Le résultat que nous présentons ne représente qu’un seul des « criminels » que nous recherchons, mais lorsqu’on en a trouvé un, on est bien parti pour en découvrir beaucoup d’autres dans différents amas », a déclaré Sara Saracino, responsable de la recherche et membre de l’institut de recherche en astrophysique de l’université John Moores à Liverpool (Royaume-Uni).

D’autres « criminels » ont déjà été observés dans la galaxie

Ce premier « criminel » s’est avéré être un trou noir d’environ 11 masses solaires. Et le dernier indice de sa détection était son influence gravitationnelle sur l’étoile en orbite de cinq masses solaires. Des trous noirs de taille similaire ont déjà été détectés dans d’autres galaxies grâce aux rayons X qu’ils émettent lorsqu’ils engloutissent de la matière, ou aux ondes gravitationnelles qu’ils génèrent lorsqu’ils entrent en collision avec un autre trou noir ou une étoile à neutrons.

Cependant, tous les trous noirs de masse stellaire n’entrent pas en collision ou n’émettent pas de rayons X, comme l’explique Stefan Dreizler, un autre membre de l’équipe : « La présence de la grande majorité d’entre eux ne peut être révélée que de manière dynamique, lorsqu’un trou forme un système avec une étoile, il affectera le mouvement de l’étoile de manière subtile mais détectable, donc avec des outils sophistiqués, nous pourrons les trouver.

Pour cette raison, la nouvelle méthode utilisée par Saracino et ses collaborateurs permettra aux astronomes de trouver beaucoup plus de trous noirs qui étaient auparavant indétectables. La découverte faite dans NGC 1850 est donc la première détection d’un trou noir dans un jeune amas d’étoiles mâles (l’amas n’a que 100 millions d’années environ).

En les comparant avec des trous noirs plus anciens et plus grands dans des amas plus anciens, la communauté astronomique a pu comprendre comment ces objets se développent en se nourrissant d’étoiles ou en fusionnant avec d’autres trous noirs, et suivre la démographie des trous noirs dans les étoiles. Les amas améliorent notre compréhension de l’origine des sources d’ondes gravitationnelles.

Le « criminel » découvert avait une motion particulière

Pour mener à bien ces recherches, l’équipe a utilisé les données recueillies pendant deux ans par l’instrument MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) sur le VLT de l’ESO dans le désert d’Atacama au Chili.

MUSE a permis d’observer des zones très fréquentées, telles que les zones les plus éloignées des amas d’étoiles, en capturant des informations sur des milliers d’étoiles en une seule prise, soit 10 fois plus que tout autre instrument.

C’est ainsi que l’équipe a détecté le mouvement particulier de l’étoile, qui se dirigeait directement vers le trou noir existant.