La meilleure preuve que les trous noirs de masse intermédiaire existent aussi

Les astronomes savent que les petits trous noirs, de 10 fois à 100 fois la masse du Soleil, sont les restes d’étoiles agonisantes, et que les trous noirs supermassifs, plus de 100 000 fois la masse du Soleil, occupent le centre de la plupart des galaxies. Mais, éparpillés à travers l’Univers, il y a quelques trous noirs apparents d’un type plus mystérieux. De 100 à 100 000 masses solaires, ces trous noirs de masse intermédiaire (IMBH pour intermediate-mass black hole) sont si difficiles à mesurer que même leur existence est parfois contestée. De nouvelles recherches présentent les plus solides preuves à ce jour de l’existence des IMBH, en en détectant un par hasard en train de déchiqueter une étoile à proximité.

Image d’entête : photo des restes d’une étoile déchiquetée par le trou noir. L’image montre des données du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA (jaune-blanc) et de l’observatoire radio Chandra de la NASA (violet). La source pourpre-blanc en bas à gauche montre l’émission de rayons X des restes d’une étoile déchiquetée lorsqu’elle est tombée le un trou noir de masse intermédiaire. La galaxie hébergeant le trou noir est située au milieu de l’image. (NASA/ CXC/ UNH/ D.Lin et col./ NASA/ ESA/ STScI)

Selon l’auteur principal, Dacheng Lin, du Space Science Center de l’université du New Hampshire (États-Unis):

Nous nous sentons très chanceux d’avoir repéré cet objet avec une quantité importante de données de haute qualité, ce qui nous aide à localiser la masse du trou noir et à comprendre la nature de cet événement spectaculaire.

Les précédentes recherches, y compris nos propres travaux, ont vu des événements similaires, mais ils ont été pris trop tard ou étaient trop loin.

Dans la nouvelle étude, le Dr Lin et ses collègues ont utilisé le satellite XMM-Newton de l’ESA, l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et le satellite Swift pour détecter pour la première fois ce signe significatif d’activité.

Les astronomes ont trouvé une énorme flambée de rayonnement de plusieurs longueurs d’onde provenant d’un énorme amas d’étoiles dans la périphérie de 6dFGS gJ215022.2-055059 (J2150-055059 pour faire court), une galaxie lenticulaire barrée située à environ 700 millions d’années-lumière de la Terre.

La luminosité de cette flambée s’est dégradée au fil du temps exactement comme prévu par une étoile perturbée ou dévorée par le trou noir.

Selon les chercheurs :

La caractéristique de ce long flamboiement offre la preuve qu’une étoile est déchirée et est connue sous le nom d’événement de rupture par effet de marée (TDE pour tidal disruption event).

La force des marées, due à l’intense gravité du trou noir, peut détruire une étoile qui erre trop près.

 

Pendant un TDE, une partie des débris stellaires est projetée vers l’extérieur à grande vitesse, tandis que le reste tombe vers le trou noir. Alors qu’il se déplace vers l’intérieur et est ingéré par le trou noir, le matériau chauffe jusqu’à des millions de degrés et génère une éruption radiologique distincte.

 

Ces types de flamboiement peuvent facilement atteindre le maximum de luminosité et sont l’un des moyens les plus efficaces pour détecter les IMBH.

Dans le cas du J2150-0550, l’étoile a été perturbée en 2003 et le rayonnement qu’elle a créé s’est désintégré au cours de la décennie suivante.

La distribution des photons émis par rapport à l’énergie dépend de la taille du trou noir. Ces données constituent l’un des rares moyens fiables de peser le trou noir ou d’en déterminer la taille.

Les chercheurs estiment que le trou noir d’un massif amas d’étoiles dans J2150-0550 a une masse comprise entre 50 000 et 100 000 masses solaires.

Selon le Dr Lin :

De la théorie de la formation des galaxies, nous attendons beaucoup d’IMBH errants dans les amas d’étoiles.

Mais il y en a très, très peu que nous connaissons, parce qu’ils sont généralement incroyablement silencieux et très difficiles à détecter et que les explosions d’énergie provenant de la rencontre d’étoiles déchiquetées se produisent très rarement.

En raison du très faible taux d’occurrence de tels éclats déclenchés par des étoiles pour un IMBH, nous pensons que notre découverte implique qu’il pourrait y avoir beaucoup d’IMBH en sommeil dans les périphéries galactiques à travers l’Univers local.

Ce n’est pas le premier candidat au titre de trou noir intermédiaire. L’an dernier, les scientifiques ont annoncé qu’il y en avait un autre près du centre dense de notre galaxie. Mais cette équipe a le sentiment d’avoir découvert l’un des candidats les plus solides à ce jour.

L’étude publiée dans Nature Astronomy : A luminous X-ray outburst from an intermediate-mass black hole in an off-centre star cluster et présentée sur le site de l’université du New Hampshire : UNH Researcher Captures Best Ever Evidence of Rare Black Hole.