Un trou noir record découvert tout près de la Terre

L’European Southern Observatory et les trous noirs, c’est une histoire d’amour qui dure depuis de longues années déjà. Les astronomes de cette prestigieuse institution sont des spécialistes mondialement reconnus de ces géants cosmiques. On leur doit déjà une montagne de progrès importants sur ces objets, dont le tout premier portrait de Sagittarius A*, l’immense trou noir supermassif qui structure toute la Voie lactée. Tout récemment, ils sont revenus avec une nouvelle découverte fascinante : un trou noir record qui évolue discrètement près de la Terre.

En effet, ce curieux objet baptisé Gaia BH3 a été repéré à seulement 1924 années-lumière de notre berceau. Il s’agit évidemment d’une distance très importante dans l’absolu. Par contre, la donne change totalement lorsqu’on raisonne à l’échelle de l’Univers et même de notre galaxie. Dans ce contexte, on peut considérer qu’il est situé à deux pas de la Planète Bleue. En fait, c’est même le deuxième trou noir connu le plus proche de nous, juste derrière Gaia BH1 qui repose à environ 1500 années-lumière. Heureusement, c’est encore bien trop éloigné pour représenter une quelconque menace.

Une masse exceptionnelle

Mais il n’y a pas que sa proximité qui le rend assez unique; il se distingue aussi grâce à sa masse. Gaia BH3 rentre dans la catégorie des trous noirs de masse stellaire, ceux qui naissent de l’effondrement gravitationnel des étoiles en fin de vie. Même si ces derniers sont loin de pouvoir rivaliser avec les trous noirs supermassifs comme Sagittarius A*, ce sont tout de même des mastodontes que l’on mesure en nombre de masses solaires.

En règle générale, les représentants de cette catégorie sont environ dix fois plus lourds que notre étoile. Dans notre galaxie, le record revient à Cygnus X-1, avec environ 21 masses solaires au compteur. Ou du moins, c’était le cas jusqu’à présent. En effet, les données collectées par les chercheurs indiquent que Gaia BH3 pèse environ… 33 masses solaires !

Il s’agit donc d’un nouveau record pour trou noir de masse stellaire situé dans la Voie lactée. Jusqu’à preuve du contraire, c’est le deuxième objet le plus lourd de notre galaxie, juste derrière le gigantesque Sagittarius A* qui reste indétrônable avec ses 4,3 millions de masses solaires.

Un objet discret trahi par son acolyte

Et personne ne s’attendait à tomber sur un tel colosse à quelques encablures de notre planète. « C’est le genre de découverte que l’on fait une seule fois dans sa vie de chercheur », explique Pasquale Panuzzo, astronome au CNRS et auteur principal de l’étude. Si cette trouvaille a pris tout le monde au dépourvu, c’est parce que les géants de ce calibre sont généralement plutôt faciles à détecter. BH3, en revanche, a réussi à se fondre dans la masse pendant des années.

S’il a finalement été rattrapé par la patrouille de l’ESO, c’est seulement parce qu’il a été trahi par l’étoile qui l’accompagne. En effet, l’orbite de cette dernière autour du trou noir suit une trajectoire assez particulière. La force gravitationnelle extrême générée par le trou noir la fait osciller de manière très inhabituelle. C’est cette particularité qui a attiré l’attention de l’équipe  du Very Large Telescope, et qui a aussi permis de calculer sa masse.

Un superbe laboratoire à ciel ouvert

D’autres chercheurs ont déjà repéré des objets de ce calibre dans d’autres galaxies. Mais le fait d’en trouver un aussi près de nous est une vraie aubaine. En effet, les spécialistes s’interrogent depuis longtemps sur l’origine de ces trous noirs obèses. Or, jusqu’à présent, tous les exemples étaient trop éloignés pour les étudier rigoureusement. Grâce à sa proximité, BH3 est donc immédiatement devenu un superbe laboratoire à ciel ouvert qui semble confirmer une piste prometteuse.

L’hypothèse la plus convaincante, c’est qu’ils se forment à partir d’étoiles constituées en grande partie d’hélium, avec très peu d’éléments lourds. Selon l’ESO, on considère que ces étoiles, dites pauvres en métal, ont tendance à perdre très peu de masse au fil de leur vie. En théorie, il leur reste donc davantage de matériel pour produire un gros trou noir à la fin de leur vie. Or, il se trouve que l’étoile qui l’accompagne est effectivement pauvre en métal ; puisque les étoiles des systèmes binaires affichent généralement des compositions chimiques assez similaires, les astronomes en ont déduit que c’était aussi le cas de l’astre défunt qui a donné naissance à BH3. Exactement comme le prédisent les modèles.

À l’origine, ces informations étaient censées être publiées en 2025, avec la sortie officielle des prochains résultats du programme Gaia. Mais compte tenu du caractère exceptionnel de cette trouvaille, les chercheurs ont décidé de publier immédiatement leurs résultats. Selon la co-auteure Elisabetta Caffau, astronome du CNRS affiliée à l’Observatoire de Paris, cela permettra aux autres astronomes de braquer leurs instruments sur BH3 le plus vite possible. Car l’étude de cet objet ne fait que commencer ; il permettra notamment aux astrophysiciens d’étudier le comportement de la matière à proximité des trous noirs massifs avec une excellente précision.

Le texte de l’étude est disponible ici.

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