Un trou noir dans la masse stellaire a d’abord été découvert par son attraction gravitationnelle

Par: Monique Menard | 2020-04-20

Cette découverte est importante pour comprendre les processus de formation des amas de boules, l’évolution des trous noirs et des systèmes doubles, et les sources des ondes de gravité.

En utilisant un récepteur MUSE monté sur le Very Large Telescope (VLT) de l’European Southern Observatory (ESO), une équipe internationale d’astronomes a découvert une étoile au comportement très étrange dans l’amas d’étoiles NGC 3201 dans la constellation des voiles. Il s’est avéré qu’il tournait autour d’un trou noir invisible d’environ quatre fois la masse du Soleil. C’est la première fois qu’un trou noir inactif de la masse d’une étoile est enregistré dans un amas de boules et la première détection directe d’un trou noir par son attraction gravitationnelle. Les résultats sont présentés dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

Les amas d’étoiles sphériques sont des familles géantes de dizaines et de centaines de milliers d’étoiles situées aux marges de la plupart des galaxies. Ils sont nés aux premiers jours de la formation et de l’évolution des galaxies et constituent donc l’un des plus anciens systèmes stellaires de l’univers. Plus de 150 objets de ce type sont actuellement connus dans la Voie lactée.

L’un de ces amas, NGC 3201, a été étudié en détail avec le récepteur MUSE, qui est capable de mesurer simultanément les mouvements de milliers d’étoiles lointaines. Dans les données obtenues, l’équipe d’astronomes a trouvé une étoile très étrange – elle oscille à une vitesse de plusieurs centaines de milliers de miles par heure, se déplaçant en avant et en arrière avec une période de 167 jours terrestres.


L’amas d’étoiles sphériques NGC 3201 à travers les yeux du télescope spatial « Hubble ». Une étoile tournant autour d’un trou noir est marquée par un cercle bleu. Crédit: ESA/NASA

En mesurant le mouvement d’une étoile capturée par une puissante attraction gravitationnelle, les astronomes ont pu estimer sa masse, qui était d’environ 0,8 solaire, ainsi que la masse d’un mystérieux compagnon, qui était de 4,36 solaires. Les résultats sont conformes à l’hypothèse selon laquelle le deuxième membre du système est un trou noir.

« Jusqu’à récemment, presque tous les trous noirs étaient censés disparaître des grappes de ballons en peu de temps, et il ne devrait donc pas y avoir de systèmes comme celui que nous avons découvert du tout! Il est maintenant clair que ce n’est pas le cas. Notre découverte est le premier enregistrement direct de l’attraction gravitationnelle d’un trou de masse d’une étoile noire dans un amas de boules. C’est très important pour comprendre les processus de formation des boules, l’évolution des trous noirs et des systèmes doubles, et surtout les sources des ondes de gravité », déclare Benjamin Giesers, auteur principal de l’étude à l’université de Georg-August (Allemagne).


Un double système avec un trou noir dans NGC 3201 dans l’introduction de l’artiste. Crédit: ESO/L. Calçada

Les récentes découvertes de sources d’ondes radio et de rayons X dans les amas globulaires, ainsi que l’enregistrement en 2016 de signaux d’ondes gravitationnelles générés par la fusion de deux trous noirs dans les masses stellaires, suggèrent que ces trous noirs relativement petits pourraient être plus fréquents dans les amas globulaires qu’on ne le pensait auparavant.

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