Des milliers de trous noirs se cacheraient au centre de notre galaxie
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Il n’y a pas qu’un seul trou noir au cœur de la Voie lactée. Des scientifiques en ont trouvé une douzaine regroupées autour de son noyau supermassif, Sagittarius A* et leurs résultats impliquent qu’il pourrait y avoir jusqu’à 20 000 trous noirs dans la région centrale de notre galaxie.
Image d’entête : la zone autour du centre de notre galaxie dans un composite d’images prises dans les longueurs d’onde des rayons X, optiques et infrarouges (NASA/ CXC/ UMass/ D. Wang et col/ ESA/ STScI/ JPL-Caltech/ SSC/ S.Stolovy)
La recherche est basée sur une théorie vieille de plusieurs décennies selon laquelle il devrait y avoir une augmentation localisée du nombre de trous noirs stellaire à proximité d’un trou noir supermassif, c’est ce qu’on appelle aussi une » cuspide de densité de trous noirs » (black hole density cusp).
En fait, c’est un élément fondamental de notre modèle actuel de la dynamique stellaire galactique. Mais les précédentes tentatives pour trouver des preuves de ces trous noirs autour de Sagittarius A*, le trou noir supermassif le plus proche, et donc le plus accessible à l’étude, n’ont rien donné.
Selon Chuck Hailey, astrophysicien à l’université Columbia (Etats-Unis) et auteur principal de l’étude :
Il n’y a qu’environ cinq douzaines de trous noirs connus dans toute la galaxie, de 100 000 années-lumière de largeur, et il est censé y en avoir entre 10 000 et 20 000 dans une région de seulement six années-lumière de large que personne n’a pu trouver. Il n’y a pas eu beaucoup de preuves crédibles.
Pour trouver les trous noirs, l’équipe a dû sortir des sentiers battus. Ils sont difficiles à localiser, puisqu’ils n’émettent eux-mêmes aucun rayonnement, en fait, ils absorbent tous les rayonnements détectables (théoriquement, ils émettent un rayonnement de Hawking, mais nous ne pouvons pas le détecter). Mais cela ne signifie pas qu’ils ne peuvent pas être trouvés avec d’autres appareils.
Lorsqu’un trou noir « se réveille » et consomme de la matière, cela crée un rayonnement X détectable. Et les trous noirs les plus actifs sont ceux qui sont associés à une étoile dans un système binaire. En tant que binaires à rayons X, ces trous noirs consomment la matière de l’étoile, ce qui entraîne parfois de brillants sursauts/ flashs de rayons X.
Représentation des trous noirs détectés dans la région centrale de la Voie lactée et, dans l’insert, un trou noir associé à une étoile qu’il “absorbe”. (Université Columbia)
Les précédentes tentatives de trouver d’autres trous noirs au centre de notre galaxie se sont concentrés sur ces flashs binaires de rayons X. Mais il y a un problème avec cette méthode.
Toujours selon Hailey :
C’est une façon évidente de vouloir chercher des trous noirs. Mais le centre galactique est si loin de la Terre que ces éclats ne sont assez forts et brillants qu’une fois tous les 100 à 1000 ans.
Ainsi, au lieu d’attendre ces puissants flashs, l’équipe a adopté une approche différente. En passant au crible les données accumulées par le télescope à rayons X Chandra au cours des 12 dernières années, ils ont cherché la signature radiographique plus faible, mais plus stable, produite par des binaires inactifs, où le trou noir est jumelé à une étoile de faible masse.
Selon Hailey :
Ce serait si facile si les binaires à trous noirs émettaient régulièrement de grosses rafales comme le font les binaires à étoiles à neutrons, mais ce n’est pas le cas, alors nous avons dû trouver une autre façon de les chercher.
Lorsque les trous noirs s’accouplent avec une étoile de faible masse, le mariage émet des rayons X plus faibles, mais constants et détectables.
Si nous pouvions trouver des trous noirs couplés à des étoiles de faible masse et si nous savions quelle fraction des trous noirs s’accouplera avec des étoiles de faible masse, nous pourrions déduire scientifiquement la population de trous noirs isolés.
Dans les données de Chandra, ils ont trouvé 12 de ces signatures, toutes à moins de 3 années-lumière de Sagittarius A*. Puis ils ont analysé les propriétés et la distribution spatiale de ces binaires, et extrapolé à partir de ces résultats pour conclure qu’il doit y avoir entre 300 et 500 binaires de faible masse dans le parsec central de la Voie lactée, et environ 10 000 trous noirs isolés… et voilà votre “cuspide de densité de trous noirs”.
Cela confirme l’hypothèse selon laquelle le halo massif de gaz et de poussière, autour de Sagittarius A*, a produit de nombreuses étoiles massives qui ont vécu, sont mortes et se sont effondrées en trous noirs. Cela soutient également l’hypothèse selon laquelle les trous noirs stellaires sont « tombés » vers le centre galactique à partir d’autres parties du renflement galactique.
Selon Hailey :
Ce résultat confirme une théorie majeure et les implications sont nombreuses. Cela va considérablement faire progresser la recherche sur les ondes gravitationnelles parce que la connaissance du nombre de trous noirs au centre d’une galaxie typique peut aider à mieux prédire le nombre d’événements d’ondes gravitationnelles qui peuvent leur être associés.
Toutes les informations dont les astrophysiciens ont besoin sont au centre de la galaxie.
L’étude publiée dans Nature : A density cusp of quiescent X-ray binaries in the central parsec of the Galaxy et présentée sur le site de l’université Columbia : New Study Suggests Tens of Thousands of Black Holes Exist in Milky Way’s Center.