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Des astronomes découvrent le trou noir stellaire le plus lourd de la Voie lactée

Le trou noir supermassif au centre de notre galaxie est le champion incontesté des poids lourds de la Voie lactée, mais un objet récemment repéré remporte la couronne du trou noir stellaire le plus massif connu dans notre galaxie, pesant 33 fois la masse de notre Soleil.

Une équipe dirigée par Pasquale Panuzzo, astronome à l'Observatoire de Paris, a découvert le trou noir stellaire le plus massif jamais détecté dans la Voie lactée. Gaia BH3 éclipse le précédent détenteur du record, Cygnus X-1, qui ne pèse que 21 masses solaires. Les résultats sont détaillé dans un article publié aujourd'hui dans la revue Astronomy and Astrophysics.

BH3 est désormais le plus lourd des trois plus grands trous noirs connus de la Voie Lactée.
Image: ESO

Gaia BH3 se trouve dans la constellation de l'Aquila, à environ 2 000 années-lumière de la Terre. L'équipe l'a découvert lors d'un examen des données de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne, un observatoire spatial opérationnel depuis 2013. La mission en cours de Gaia est de construire la carte tridimensionnelle la plus détaillée de notre galaxie. L'étoile en orbite autour de BH3 était déjà connue des astronomes, mais son statut de compagnon d'un trou noir a été une surprise totale, et son poids l'a encore plus surpris.

« Lorsque j’ai vu les résultats pour la première fois, j’étais convaincu qu’il y avait un problème dans les données. Je ne pouvais pas y croire », a déclaré Panuzzo à Gizmodo. « Maintenant, je sens que j'ai vraiment fait le découverte de ma vie !

La découverte a été soutenue par une suite d'observatoires au sol et d'instruments sophistiqués, notamment le spectrographe ultraviolet et échelle visuelle (UVES) du très grand télescope de l'Observatoire européen austral au Chili, le spectrographe HERMES du télescope Mercator en Espagne et le SOPHIE. spectrographe de haute précision en France.

Les astronomes ont utilisé les mesures précises de Gaia pour déterminer la taille de l'orbite et le temps nécessaire à l'étoile pour faire le tour du trou noir. Ils ont ensuite appliqué les lois de Kepler, principes décrivant les mouvements des planètes et des étoiles, pour calculer la masse du trou noir à partir de la taille et de la période de son orbite. Ils ont utilisé deux méthodes : les mesures astrométriques, qui suivent les légers mouvements d'oscillation de l'étoile compagnon lorsqu'elle semble changer de position dans le ciel, et la spectroscopie, qui utilise l'effet Doppler pour mesurer la vitesse à laquelle l'étoile se rapproche ou s'éloigne de l'étoile. nous.

Les trous noirs stellaires sont des restes d’étoiles massives qui se sont effondrées sous leur propre gravité, formant généralement des trous noirs d’environ 10 fois la masse de notre Soleil. La masse importante de Gaia BH3 suggère qu'elle proviendrait d'une étoile pauvre en métaux, qui a conservé plus de masse au cours de sa vie et pourrait ainsi former un trou noir plus grand après sa mort, selon la nouvelle recherche.

En revanche, le trou noir supermassif Sagittarius A*, stationné au cœur de la galaxie, est beaucoup plus grand, avec environ 4 millions de fois la masse du Soleil. Ces géants ne se forment pas à partir de l’effondrement d’une seule étoile, mais plutôt à partir de la fusion de trous noirs plus petits et de l’accumulation de gaz et de matière stellaire sur des millions d’années.

Le trou noir stellaire « formé par l’effondrement gravitationnel d’une étoile massive – une étoile probablement 40 à 50 fois plus massive que notre Soleil – à la fin de sa vie », a expliqué Panuzzo. « Ce type d’étoiles a une durée de vie courte, quelques millions d’années, comparée aux 10 milliards d’années du Soleil, et elles terminent leur vie par une supernova, laissant derrière elles un trou noir. C'est pourquoi nous les appelons trous noirs « stellaires », pour ne pas les confondre avec les trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies.

Panuzzo a déclaré qu'il était « tout à fait probable » que des trous noirs stellaires encore plus grands existent dans notre galaxie. Auparavant, le Télescopes gravitationnels LIGO-Virgo-KAGRA détecté la fusion de trous noirs de plus de 80 masses solaires dans des galaxies lointaines. En effet, des trous noirs stellaires lourds ont déjà été détectés, mais dans d’autres galaxies et en utilisant des méthodes de détection alternatives. Ces trous noirs lointains sont identifiés grâce à astronomie des ondes gravitationnelles, qui observe les ondulations dans l'espace-temps provoquées par les fusions de trous noirs stellaires. J'ai demandé à Panuzzo pourquoi nous avons pu trouver d'énormes trous noirs stellaires dans des galaxies très lointaines, mais nous n'en avons repéré qu'un récemment dans notre propre galaxie.

« Il y a deux raisons », a-t-il déclaré. « La première est que les télescopes gravitationnels LIGO-Virgo-KAGRA sont capables de détecter des fusions de trous noirs très loin, sondant des milliards de galaxies. La deuxième est que ces trous noirs sont produits par des étoiles massives de faible métallicité, c’est-à-dire des étoiles composées presque exclusivement d’hydrogène et d’hélium, avec seulement des traces des autres éléments. « Ces étoiles n'étaient présentes dans notre galaxie qu'à ses débuts, nous ne pouvons donc plus voir la formation de nouveaux trous noirs massifs dans notre galaxie », selon Panuzzo.

Les données utilisées dans l’étude étaient initialement destinées à la prochaine publication des données de Gaia, attendue d’ici la fin de 2025. Cependant, en raison de l’importance de la découverte, l’équipe a choisi de publier les résultats plus tôt. « Cette découverte a de nombreuses implications pour les modèles d'évolution stellaire et le champ des ondes gravitationnelles », a expliqué Panuzzo. « Il a été considéré que cette découverte exceptionnelle ne pouvait pas rester cachée à la communauté pendant deux ans en attendant la prochaine version. » De plus, en les divulguant maintenant, la communauté scientifique peut effectuer des observations de suivi plus tôt, a-t-il ajouté.

À cette fin, les futures observations avec l'instrument GRAVITY sur l'interféromètre du très grand télescope de l'ESO viseront à déterminer si ce trou noir attire la matière de son environnement, offrant ainsi un aperçu plus approfondi de sa nature et de son comportement.

Plus: Des ondulations dans l'espace-temps révèlent un objet mystérieux entrant en collision avec le cadavre d'une étoile.

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