Un million de trous noirs sont-ils cachés dans la Voie lactée ?

Les trous noirs stellaires ne sont détectables que lorsqu’ils sont entourés d’un disque d’accrétion où la matière chauffe au point d’émettre des rayons X. Il est donc difficile d’estimer le nombre de ces objets dans la Galaxie si une large partie d’entre eux n’émettent pas ou peu. La découverte d’un système binaire contenant un trou noir presque invisible laisse penser que ces astres compacts pourraient exister par millions dans la Voie lactée.

Au début des années 1960, les trous noirs en relativité générale étaient encore des curiosités théoriques découlant des travaux d’Oppenheimer et Chandrasekhar que peu de théoriciens, et encore moins d’astronomes, prenaient au sérieux. Même le grand John Wheeler à qui l’on doit tant sur ces objets ne croyait par à leur existence à la fin des années 1950. On sait depuis la fin du siècle dernier que les trous noirs abondent dans l’univers observable. Récemment, on a même détecté les ondes gravitationnelles émises par la fusion de deux de ces astres compacts formant un système binaire.

Toutefois, la détection des trous noirs n’a rien d’évident pour la simple raison qu’ils sont… noirs. Ils n’émettent pas de lumière directement comme les étoiles, sauf lorsqu’ils sont suffisamment petits pour s’évaporer rapidement par rayonnement de Hawking. Ce n’est que lorsqu’ils accrètent de grandes quantités de matière, par exemple lorsque que l’enveloppe d’une étoile s’est dilatée jusqu’à atteindre les limites du lobe de Roche du système binaire qu’elle forme avec un trou noir, qu’un rayonnement suffisamment intense, notamment dans le domaine des rayons X, trahit avec une signature particulière la présence d’un trou noir.

Amas globulaire M15

Cette image composite, réalisée à partir de données prises dans différentes bandes du spectre électromagnétique, montre l’amas globulaire M15 avec deux zooms sur la région où a été trouvé un système binaire avec un trou noir. (Source : NASA/CXC/University of Alberta/STScI/NSF/AUI/NRAO/Curtin University)

En fait, les premiers trous noirs détectés, mais on ne le savait pas à l’époque, étaient des quasars et ils l’ont été grâce à la radioastronomie. Il s’agissait donc de trous noirs supermassifs dont les masses sont de quelques millions à quelques milliards de fois celle du Soleil. Les trous noirs stellaires n’ont été détectés qu’ensuite, grâce à l’essor de l’astronomie X dans les années 1970. Si l’on observe désormais de très nombreux trous noirs supermassifs au cœur des galaxies, et il y en a même un au centre de la Voie lactée, on ne connaît qu’une douzaine de candidats sérieux dans notre Galaxie, le plus célèbre étant Cygnus X1. On pense que la majorité des trous noirs stellaires de la Voie lactée nous sont encore inconnus. Certains estiment qu’il pourrait y en avoir une centaine de millions.

Une récente publication sur arXiv va effectivement dans le sens d’une large population de ces astres compacts qui resteraient plus ou moins cachés dans notre Galaxie. Les chercheurs y expliquent qu’en combinant les observations dans le domaine des rayons X avec Chandra, dans le domaine du visible avec Hubble et enfin dans le domaine des ondes radio avec plusieurs radiotélescopes dont le Very Large Array (VLA), ceux d’Arecibo et de Green Bank, ils ont eu une surprise avec la source baptisée VLA J2130+12.

Détectée il y a une vingtaine d’années au voisinage d’un amas globulaire sur la voûte céleste du nom de M15, on pensait jusqu’ici qu’il s’agissait de l’émission radio d’une lointaine galaxie. Il apparaît maintenant qu’il s’agit en réalité d’un système binaire contenant un trou noir stellaire situé à environ 7.200 années-lumière. Mais accrétant peu de matière il serait très peu lumineux dans le domaine des rayons X et donc quasiment indétectable. Il en émettrait tout de même suffisamment pour que l’étude de son spectre permette de conclure à l’existence d’un trou noir et pas d’une étoile à neutrons ou d’une naine blanche accrétant elle aussi de la matière. D’après les observations d’Hubble, la matière tombant sur le trou noir proviendrait d’une étoile dont la masse serait de un dixième à un cinquième de la masse du Soleil.

L’information n’est pas spectaculaire en soi. Ce qui l’est c’est ce qu’elle signifie indirectement. Bien qu’un peu en dehors du disque galactique, ce système binaire y est probablement né. Sa détection provenant d’un programme d’étude d’une petite portion de la voûte céleste, cela implique statistiquement qu’il devrait exister bien d’autres systèmes binaires de ce genre très peu lumineux dans le domaine des rayons X.

Selon les chercheurs cela impliquerait que des dizaines de milliers voire des millions de trous noirs de ce type existeraient dans la Voie lactée, soit de trois à des milliers de fois plus que ce que l’on imaginait à partir des études précédentes.

Source : Futura-Sciences

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des Sciences, l’exposition « Initiation à l’astronomie« , ainsi que la page Astronomie/Physique.

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