Une équipe internationale d’astronomes vient de faire une découverte inattendue, mais assez significative en étudiant une étoile voisine de notre voie lactée ; les particularités de son orbite ont permis de mettre en évidence la présence un objet extrêmement massif. Si massif, en fait, que les chercheurs en ont conclu qu’il s’agissait probablement d’un trou noir. Le cas échéant, il s’agirait du trou noir le plus proche du système solaire — du moins, en l’état actuel de nos connaissances.
Ces travaux ont été dirigés par Kareem El-Badry. C’est un éminent chercheur affilié aux prestigieux Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et Max Planck Institute for Astronomy. Parmi la liste des spécialistes associés, on retrouve aussi des pensionnaires de l’Observatoire de Paris.
El-Badry est un chasseur de trous noirs patenté ; dans une interview à Universe Today, il explique avoir passé les quatre dernières années à traquer ces monstres cosmiques dans notre galaxie, la Voie lactée.
Un grand jeu de cache-cache cosmique
Pour les identifier, il cherche à repérer de systèmes binaires, c’est-à-dire des couples de corps célestes qui orbitent autour d’un centre de gravité commun. Dans certains cas, l’un des membres du duo peut être un trou noir. Il s’agit alors d’objets d’étude fascinants pour les chercheurs, car ce sont de vrais laboratoires à ciel ouvert qui permettent de soumettre les lois de la physique aux tests les plus exigeants qui soient.
Malheureusement, ces objets ne se bousculent pas au portillon dans notre Voie lactée. Ou en tout cas, ils savent se faire discrets. En effets, ces systèmes binaires sont souvent extrêmement massifs. Pour les instruments des astronomes, il est parfois très difficile de faire la différence entre un système binaire « normal » et un autre qui hébergerait un trou noir.
C’est pour cette raison que jusqu’à présent, El-Badry et ses troupes ont fait chou blanc jusqu’à cette découverte récente. « Mes tentatives précédentes ont permis d’identifier toute une ménagerie de systèmes binaires déguisés en trous noirs, mais c’est la première fois que cette recherche a porté ses fruits », se réjouit-il.
Le trou noir le plus proche du système solaire…
Tout est parti des données rapportées par l’observatoire Gaia de l’ESA. C’est un satellite qui fait partie des plus importants pour la communauté scientifique. Son objectif est de construire un gigantesque catalogue du cosmos. Pour ce faire, il enregistre le mouvement de milliers de corps célestes par rapport au centre de la Voie lactée.
Une véritable manne scientifique dans laquelle El-Badry et ses collègues ont identifié pas moins de 168,065 candidats potentiels. Tous ces corps célestes présentaient des orbites particulières, potentiellement compatibles avec la présence d’un trou noir.
Parmi eux, ils ont identifié un objet particulièrement prometteur : une étoile de type G — comme notre Soleil — officiellement baptisée Gaia DR3 4 373 465 352 415 301 632 et surnommée Gaia BH1. Toutes les données indiquent en effet que l’étoile évolue sur une orbite particulièrement elliptique à proximité d’un objet extrêmement massif, situé à tout juste 1500 années-lumière de notre Terre.
Pour confirmer cette hypothèse, ils ont braqué plusieurs des instruments les plus performants de la planète comme l’HIRES, le FEROS, le GMOS ou encore le LAMOST directement sur Gaia BH1. Cet arsenal leur a permis de mesurer l’intensité des forces gravitationnelles qui s’exercent sur son orbite pour confirmer la trajectoire de l’objet et, enfin, déterminer la masse de son compagnon mystère.
Ils en ont conclu que la masse de ce corps céleste était d’environ 10 masses solaires et qu’elle était contenue dans un espace relativement restreint. Ces éléments leur ont permis de conclure qu’il s’agissait bel et bien d’un trou noir, le le plus proche de notre système solaire.
… pour l’instant !
Un record finalement assez anecdotique, surtout qu’il faut tenir compte d’un autre élément bien plus intéressant ; c’est aussi le tout premier à avoir été détecté dans notre galaxie sans se baser sur les intenses rayonnements émis par les trous noirs en activité. Si ce détail est aussi important, c’est parce que ces travaux pourraient désormais servir de mode d’emploi pour traquer les millions de trous noirs que la Voie lactée est censée héberger.
« Les modèles prédisent que la Voie lactée contient environ 100 millions de trous noirs », explique El-Badry à Universe Today. « Mais nous n’en avons observé qu’une vingtaine. Et tous les précédents étaient ce qu’on appelle des systèmes binaires à rayons X, où le trou noir dévore son étoile jumelle en émettant de grandes quantités de rayons X », précise-t-il.
« Mais ils ne représentent que la partie émergée de l’iceberg ; une plus grande population [de trous noirs dormants] se cache probablement dans des systèmes binaires. La découverte de Gaia BH1 est un premier pas dans cette direction », se réjouit-il.
La prochaine étape va donc être de confirmer ces données déjà solides pour lever les derniers doutes qui subsistent encore. Il conviendra ensuite de relancer la traque de ces monstres dormant. L’objectif : étudier de plus près leur influence encore mal connue sur la dynamique du cosmos. Car s’ils sont aussi nombreux que prévu, les implications pour les modèles cosmologiques modernes pourraient être considérables.
Quoi qu’il en soit, les chercheurs devront encore patienter avant d’en arriver là. Ils comptent beaucoup sur la prochaine série de données de Gaia, baptisée GDR5. Elle sera bientôt publiée par les troupes de l’ESA. Les astronomes s’attendent à y trouver « des dizaines » de systèmes similaires, avec tout ce que cela implique pour leurs travaux. Il conviendra donc de guetter ces publications pour savoir si BH1 était un cas isolé, ou s’il s’agissait au contraire du premier représentant d’une population d’objets mystérieux, mais néanmoins très importants pour notre compréhension du cosmos.
Le papier de recherche est disponible ici.
