Découverte du trou noir le plus proche de la Terre

Dans le ciel nocturne, loin au sud de l’équateur, il y a une curieuse collection de constellations peu lumineuses incrustées dans une mosaïque d’étoiles. Elles ne portent pas le nom de mythes et de légendes, car les anciens Grecs ne pouvaient pas les voir depuis l’hémisphère nord.

Ces constellations ont été cartographiées plus tard, au milieu du XVIIIe siècle, par un astronome français, l’abbé Nicolas-Louis de Lacaille, qui a navigué vers le sud, et il les a nommées en l’honneur de certains objets plutôt banals de son époque : Burin, Compas, Fourneau, Horloge, Table, Microscope et  divers autres outils. « On aurait dit le grenier de quelqu’un », dira plus tard un astronome américain.

Et tout comme un grenier encombré, ce coin de ciel dissimule quelque chose de vraiment spécial. Les astronomes ont découvert un trou noir dans l’une des constellations, la bien nommée Télescope (Telescopium).

Cette vue à grand champ montre la région du ciel, dans la constellation du Télescope, où se trouve HR 6819. Cette vue a été créée à partir d’images faisant partie du Digitized Sky Survey 2. (ESO/ Digitized Sky Survey 2/ Davide De Martin)

À seulement 1 000 années-lumière de là, le trou noir est plus proche de notre système solaire que tous les autres que les astronomes ont découverts jusqu’à présent. Cela peut nous paraître lointain, mais à l’échelle cosmique, il est très proche. Pour les astronomes de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili qui a dirigé les nouvelles recherches, à l’échelle de la Voie lactée, il est dans notre arrière-cour, presque à notre porte.

À titre de comparaison, prenons certains des trous noirs les mieux étudiés en astronomie, ceux qui sont généralement assez intrigants pour faire la une des journaux. Le trou noir au centre de notre galaxie, la Voie lactée, se trouve à plus de 25 000 années-lumière, et le trou noir que les astronomes ont imagé avec un détail sans précédent l’année dernière se trouve à 55 millions d’années-lumière, dans une autre galaxie. Celle-ci, en revanche, est si proche que, par une nuit claire dans l’hémisphère sud, loin de la pollution lumineuse, la paire d’étoiles qui orbitent autour du trou noir peut être vue à l’œil nu. De là, les étoiles apparaissent comme une simple tache de lumière.

Donc si ce trou noir est, du moins en termes astronomiques, juste là, comment a-t-il échappé aux astronomes pendant si longtemps ?

Les trous noirs sont invisibles. Le moyen de trouver les points les plus sombres de l’univers est de chercher des indices lumineux autour d’eux. La plupart des trous noirs que les astronomes ont trouvés dans notre galaxie, soit quelques dizaines, ont été repérés parce qu’ils dévoraient les étoiles à proximité, aspiraient de la matière et dépassaient un point de non-retour. Ce processus est si lumineux que non seulement les trous noirs peuvent être détectés depuis la Terre, mais ils sont en fait assez difficiles à éviter. Ils deviennent parfois les objets les plus brillants du ciel. En fait, certains trous noirs émettent tellement de radiations pendant qu’ils s’alimentent que les télescopes ne peuvent pas les observer sans griller leur électronique, explique Kara.

Le trou noir récemment découvert n’entre pas dans cette catégorie. Il réside dans un système à deux étoiles, mais il n’est pas assez proche de celles-ci pour leur nuire. Les astronomes n’ont pas cherché le trou noir non plus ; ils ont commencé à examiner ce système, connu sous le nom de HR 6819, il y a des années dans le cadre d’une étude des étoiles qui orbitent par paires.

Lorsqu’ils ont analysé les données, ils ont remarqué qu’il y avait quelque chose d’inhabituel dans HR 6819, en particulier le comportement de l’étoile intérieure. La vitesse de l’étoile était si extrême que les astronomes ont soupçonné qu’un troisième objet se cachait à proximité et la faisait tourner en rond. (L’équipe a mis ce travail en suspens pendant plusieurs années, suite à la mort de Stanislav Stefl, l’astronome qui avait suggéré que l’objet manquant pourrait être un trou noir, dans un accident de voiture en 2014).

Les astronomes ont calculé la masse qu’un objet doit avoir pour perturber autant l’étoile, et leurs calculs ont suggéré que l’objet mesurerait 4 fois la masse de notre soleil, soit presque la même taille que l’étoile intérieure elle-même.

L’animation en entête et l’image ci-dessous montre la disposition des deux étoiles et leur trou noir. Bien qu’il semble que l’étoile intérieure (dont l’orbite est indiquée en bleu) et le trou noir (en rouge) se poursuivent l’un l’autre, les objets sont en orbite l’un autour de l’autre. L’étoile intérieure effectue une boucle rapide tous les 40 jours, tandis que l’étoile extérieure suit une orbite plus large autour.

Représentation artistique du système stellaire, avec le trou noir en rouge. (ESO/ L. Calçada)

Ne vous inquiétez pas : malgré sa proximité avec la Terre, le trou noir ne représente pas un danger pour nous. C’est un bébé par rapport à celui qui se trouve au centre de notre propre galaxie, qui a une masse 4 millions de fois supérieure à celle de notre soleil. Et, en ce qui concerne l’humanité, il n’est pas assez proche pour constituer une menace quelconque.

Il y en a beaucoup d’autres comme lui. Les trous noirs sont les sous-produits de vieilles étoiles qui ont explosé de façon spectaculaire à la fin de leur vie. Ces supernovas peuvent, brièvement, éclipser des galaxies entières, mais à proximité, les étoiles compagnes peuvent survivre au cataclysme, ce qui explique pourquoi HR 6819 existe encore. Les astronomes estiment qu’il existe des centaines de millions de trous noirs dans notre galaxie. La dernière découverte leur donne l’espoir qu’il y en a d’autres qui rôdent autour d’étoiles proches, peut-être même dans certains des points de lumière les plus familiers de notre ciel.

Selon Sera Markoff, astrophysicienne à l’université d’Amsterdam et membre de l’équipe qui a produit la photo historique du trou noir de l’année dernière :

Il est important de souligner que c’est le plus proche que nous ayons trouvé jusqu’à présent. Il y en a peut-être d’autres plus proches.

L’hypothèse générale en astronomie est que les humains ne vivent pas dans un endroit spécial de l’univers, et que tout ce que nous rencontrons ici, dans notre voisinage cosmique, nous devrions nous attendre à le trouver ailleurs. Dietrich Baade, astronome émérite de l’ESO et l’un des auteurs de cette nouvelle recherche, compare la probabilité de voir des colibris dans une ville tropicale.

Si je suis dans un hôtel ordinaire et que je prends mon petit-déjeuner sur la terrasse et que je vois un colibri voler, alors je peux être sûr qu’il doit y avoir beaucoup plus de colibris dans la région, car mon hôtel n’est pas dans un endroit spécial.

Votre Guru a une autre formule qu’il se rappelle régulièrement : si tu vois une souris chez toi, c’est qu’il y en a 10 dans tes murs… A chacun sa faune.

Il y a probablement d’autres trous noirs en orbite « à proximité », cachés dans des crevasses sombres autour d’étoiles brillantes. Certains ne sont peut-être pas du tout en orbite autour des étoiles, mais dérivent dans les recoins les plus sombres de l’espace, sans aucune balise lumineuse pour éclairer leur existence comme une lampe de poche cosmique qui brille sur une boîte oubliée dans un grenier.

L’étude publiée dans Astronomy & Astrophysics : A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the inner binary et présentée sur le site de l’ESO : ESO Instrument Finds Closest Black Hole to Earth.