Le trou noir de formation stellaire appelé Gaia BH3 car c’est le troisième « trou noir » découvert grâce à la mission Gaia de l’ESA, a une masse exceptionnellement élevée, environ 33 fois celle du Soleil. C’est un chercheur italien, Pasquale Panuzzo du CNRS, qui a remarqué son existence. « Des choses qui n’arrivent qu’une fois dans la vie ».
Un grand trou noir de formation stellaire, formé par l’effondrement d’une étoile massive, se cachait à moins de 2 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation de l’Aigle, à l’intérieur de la Voie lactée. Pourtant, sa masse est exceptionnellement élevée, presque 33 fois celle du Soleil, ce qui en réalité le plus grand jamais découvert dans notre galaxie. Jusqu’à présent, le record était détenu par Cygnus X-1, un trou noir stellaire de la constellation du Cygne, dont la masse estimée est d’environ 20 fois celle du Soleil, déjà une rareté pour les trous noirs stellaires de la Voie lactée, dont la masse moyenne est d’environ 10 fois celle du Soleil.
La découverte de cet nouvel astre est le fruit de la révision des données de la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA), le programme astrométrique de très haute précision, mené grâce au satellite Gaia, qui orbite autour du second point de Lagrange (L2). Gaia a pour mission de dresser un catalogue d’environ un milliard d’étoiles dans la partie de la Voie lactée proche de la Terre, et à l’approche de la publication du quatrième ensemble de données (Data Release 4, DR4), un scientifique italien, Pasquale Panuzzo, a observé quelque chose d’inhabituel : une ancienne étoile géante dans la constellation de l’Aigle, qui était en mouvement orbital avec un trou noir « dormant ».
« C’est une découverte qui arrive une fois dans une vie » – déclare Panuzzo, ingénieur de recherche au CNRS de l’Observatoire de Paris, en France, et auteur principal de l’étude. « Jusqu’à présent, les trous noirs aussi gros n’avaient été détectés que dans des galaxies éloignées grâce aux observations des ondes gravitationnelles de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA ».
Les trous noirs découverts dans la mission GAIA de l’ESA / Crédit : ESA
Le trou noir stellaire record : sa masse est 33 fois celle du Soleil
Gaia BH3, le trou noir stellaire découvert dans la constellation de l’Aigle, est situé à près de 2 000 années-lumière de la Terre, il est de type « dormant », c’est-à-dire qu’il n’a pas de compagnon assez proche pour lui voler de la matière. Il ne produit donc pas de lumière, ce qui le rend parmi les plus difficiles à repérer. Dans son cas, l’étoile qui l’orbite se trouve à une distance d’environ 16 fois celle entre le Soleil et la Terre et, comme l’explique l’ESA, c’est assez inhabituel.
« Il s’agit d’une ancienne étoile géante, formée dans les deux premiers milliards d’années après le Big Bang, au moment où notre galaxie a commencé à se former », précise l’Agence, en anticipant la découverte de ce système binaire surprenant avant la publication officielle des données. « Elle appartient à la famille de l’halo stellaire galactique, elle se déplace dans la direction opposée aux étoiles du disque galactique et faisait probablement partie d’une petite galaxie ou d’un amas globulaire, avalé par notre propre galaxie il y a plus de huit milliards d’années ».
Cette étoile compagnon a très peu d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, ce qui suggère que l’étoile massive qui est ensuite devenue Gaia BH3 était également très pauvre en éléments lourds. Cela soutiendrait, pour la première fois, la théorie selon laquelle les trous noirs stellaires de masse aussi élevée ont été formés par l’effondrement d’étoiles massives primordiales pauvres en éléments lourds. « Ces premières étoiles pourraient avoir évolué différemment des étoiles massives que nous voyons actuellement dans notre galaxie », ajoute l’ESA.
Grâce à la précision extraordinaire des données de Gaia, les scientifiques ont pu estimer la masse de ce nouveau trou noir qui, comme mentionné précédemment, est presque 33 fois celle du Soleil, quelque chose d’exceptionnel pour la Voie lactée, qui défie la compréhension actuelle de la façon dont les étoiles massives évoluent et explosent en supernovae, avec ce qui reste de leur noyau qui se contracte davantage pour devenir une étoile à neutrons ou un trou noir, selon la masse.
Les noyaux suffisamment grands, tels que celui à partir duquel Gaia BH3 s’est formé et capable de devenir des trous noirs d’une masse de 30 fois celle du Soleil, sont très difficiles à expliquer car les trous noirs stellaires devraient constituer la classe la plus légère de ce type d’objet. Une indication sur son origine pourrait cependant se trouver dans son étoile compagnon. « Il n’y a pas de preuves que cette étoile ait été contaminée par les matériaux expulsés par l’étoile massive qui est ensuite devenue Gaia BH3 », soulignent les chercheurs. « Cela pourrait également suggérer que le trou noir a acquis sa compagne seulement après sa naissance, en la capturant depuis un autre système ».