Une étoile semblable au soleil pourrait orbiter autour du trou noir le plus proche jamais trouvé

Une étoile Semblable Au Soleil Pourrait Orbiter Autour Du Trou

Dans une étude hébergée sur le serveur prépresse arxiv et déjà accepté pour publication par Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyune équipe internationale de chercheurs s’est appuyée sur les données de l’Observatoire Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA) pour analyser une étoile semblable au Soleil qui présente d’étranges caractéristiques orbitales.

En raison de la nature de son orbite, l’équipe a conclu qu’elle devait faire partie d’un système binaire avec un trou noir, qui se trouve être le plus proche de notre système solaire. Cela renforce l’idée de l’existence d’une population considérable de trous noirs dormants dans la Voie lactée.

Une etoile semblable au soleil pourrait orbiter autour du trou
Gaia BH1 est une étoile semblable au Soleil en orbite autour d’un trou noir estimé à 10 masses solaires. Image : ESO/L. Trottoir

Dirigée par Kareem El-Badry, astrophysicien à la Harvard Fellowship Society, au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et au Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), la recherche a été accompagnée par des chercheurs de diverses institutions à travers le monde.

El-Badry expliqué au site Univers aujourd’hui que ces observations faisaient partie d’une campagne plus large visant à identifier les compagnons de trou noir dormant dans les étoiles normales de la Voie lactée. « Cela fait quatre ans que je recherche des trous noirs dormants en utilisant un large éventail d’ensembles de données et de méthodes », a-t-il déclaré. « Mes tentatives précédentes ont révélé une variété de binaires se faisant passer pour des trous noirs, mais c’est la première fois que la recherche porte ses fruits. »

La mission Gaia a déjà observé près d’un milliard d’objets astronomiques

Le satellite Gaia a passé près d’une décennie à mesurer les positions, les distances et les mouvements propres de près d’un milliard d’objets astronomiques tels que des étoiles, des planètes, des comètes, des astéroïdes et des galaxies. En suivant le mouvement des objets en orbite autour du centre de la Voie lactée (une technique connue sous le nom d’astrométrie), la mission vise à construire le catalogue spatial 3D le plus précis jamais créé.

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Plus de 168 000 étoiles observées par le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA) ont été analysées. Image : ccarreau – ESA

Pour leurs besoins, El-Badry et son équipe ont examiné les 168 065 étoiles de Gaia Data Release 3 (GDR3) qui semblaient avoir des orbites à deux corps. Leur analyse a trouvé un candidat particulièrement prometteur : un type G (étoile jaune), désigné Gaia DR3 4373465352415301632 — que l’équipe a préféré appeler Gaia BH1. Sur la base de sa solution orbitale observée, les scientifiques ont déterminé que l’étoile devait avoir un compagnon binaire de trou noir.

« Les données de Gaia limitent la façon dont l’étoile se déplace dans le ciel, traçant une ellipse en orbite autour du trou noir. La taille et la période de l’orbite nous donnent une contrainte sur la masse de son compagnon invisible – environ 10 masses solaires », a déclaré El-Badry.

« Pour confirmer que la solution de Gaia est correcte et exclure les alternatives » non trou noir « , nous avons observé l’étoile par spectroscopie avec plusieurs autres télescopes », a déclaré le chercheur. « Cela a resserré nos restrictions sur la masse mate et a prouvé qu’elle est bien noire. »

Pour confirmer leurs observations, l’équipe a analysé les mesures de vitesse radiale de Gaia BH1 à partir de plusieurs instruments, tels que le spectromètre de haut niveau (HIRES) de l’observatoire WM Keck et le spectrographe optique à portée étendue (FEROS) du télescope. Spectrographe tireur sur le Very Large Telescope (VLT), par exemple.

Semblable à la méthode utilisée pour chasser les exoplanètes (spectroscopie Doppler), les spectres fournis par ces instruments ont permis à l’équipe d’observer et de mesurer les forces gravitationnelles influençant l’orbite de l’étoile. Ces observations ont confirmé la solution orbitale de Gaia BH1 et qu’un compagnon d’une dizaine de masses solaires coorbitait avec elle.

Pour El-Badry, ces découvertes pourraient constituer le premier trou noir de la Voie lactée qui n’a pas été observé sur la base de ses émissions de rayons X ou d’autres rejets énergétiques. « Les modèles prédisent que la Voie lactée contient environ 100 millions de trous noirs. Mais nous n’en avons observé qu’une vingtaine. Tous les précédents que nous avons observés sont dans des « binaires de rayons X »: le trou noir mange une étoile compagne, et il brille vivement dans les rayons X lorsque l’énergie potentielle gravitationnelle de ce matériau est transformée en lumière.

Il explique que ceux-ci ne représentent «que la pointe de l’iceberg»: une population beaucoup plus importante peut se cacher dans des binaires plus largement séparés. « La découverte de Gaia BH1 met en lumière cette population. »

Si elles sont confirmées, ces découvertes pourraient signifier qu’il existe une population robuste de trous noirs dormants dans la Voie lactée. Il s’agit de trous noirs qui ne sont pas évidents à partir de disques brillants, d’éclats de rayonnement ou de jets d’hypervitesse émanant de leurs pôles (comme c’est souvent le cas avec les quasars).

Cependant, il est également possible que ce trou noir dormant particulier soit simplement atypique et non indicatif d’une population plus importante.

Pour regardez leurs conclusions, El-Badry et ses collègues attendent avec impatience le Gaia Data Release 4 (RDA 4), dont la date reste à déterminer, qui comprendra toutes les données collectées au cours de la mission initiale de cinq ans. Cette version comprendra les catalogues les plus récents d’astrométrie, de photométrie et de vitesse radiale pour toutes les étoiles, binaires, galaxies et exoplanètes observées.

La cinquième et dernière version (RDA 5), à son tour, comprendra des données de mission initiales et prolongées (les 10 années complètes). « Sur la base du taux de chaperons de trous noirs impliqués par Gaia BH1, nous estimons que la prochaine publication des données de Gaia permettra la découverte de dizaines de systèmes similaires », a déclaré El-Badry.

« Avec un seul objet, il est difficile de savoir exactement ce qu’il implique sur la population (il peut s’agir d’une boule étrange, d’un coup de chance). Nous sommes enthousiasmés par les études démographiques que nous pourrons réaliser avec des échantillons plus importants. »

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