Silencieuse et secrète, Gaia BH1 est située à 1 600 années-lumière de notre planète. Ce trou noir a été trouvé dans la constellation d’Ophiuchus. La découverte a été faite par des astronomes utilisant l’observatoire Gemini, exploité par la NOIRLab National Science Foundation (NSF). Oui, c’est près de nous, dans notre arrière-cour cosmique.
Il s’agit de la première détection sans ambiguïté d’un trou noir dormant de masse stellaire dans la Voie lactée. Leur proximité fournit une cible d’étude intrigante pour faire progresser notre compréhension de l’évolution des systèmes binaires.
Gaia BH1 est un trou noir situé dans notre arrière-cour cosmique
Les trous noirs sont les objets les plus extrêmes de l’univers. Des versions supermassives de ces objets incroyablement denses résident probablement au centre de toutes les grandes galaxies.
Les trous noirs de masse stellaire – qui ont environ cinq à 100 fois la masse du Soleil – sont beaucoup plus courants, avec environ 100 millions dans la seule Voie lactée. Cependant, seule une poignée d’entre eux ont été confirmés à ce jour et presque tous sont « actifs », c’est-à-dire qu’ils brillent dans les rayons X car ils consomment de la matière provenant d’un compagnon stellaire proche, contrairement aux trous noirs dormants qui ne le sont pas. .
Les astronomes utilisant le télescope Gemini North à Hawaï, l’un des télescopes jumeaux qui composent l’observatoire Gemini exploité par le NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) de la NSF, ont découvert le trou noir le plus proche de la Terre, que les chercheurs ont surnommé Gaia BH1.
Le trou noir invisible est marqué au centre de cette image par un point bleu
Il est 10 fois plus massif que le Soleil
Ce trou noir dormant est environ 10 fois plus massif que le Soleil et est situé à environ 1600 années-lumière dans la constellation d’Ophiuchus, ce qui le rend trois fois plus proche de la Terre que le précédent détenteur du record, un binaire à rayons X dans la direction de la constellation de la Licorne.
La nouvelle découverte a été rendue possible grâce à des observations exquises du mouvement du compagnon du trou noir, une étoile semblable au Soleil qui orbite à peu près à la même distance que la Terre orbite autour du Soleil. Gaia BH1 est très proche d’une étoile également semblable à la nôtre.
Bien qu’il y ait probablement des millions de trous noirs de masse stellaire parcourant la Voie lactée, les quelques-uns qui ont été détectés ont été découverts en raison de leurs interactions énergétiques avec une étoile compagne. Lorsque la matière d’une étoile voisine tourne en spirale vers le trou noir, elle devient surchauffée et génère de puissants rayons X et des jets de matière.
Si un trou noir ne se nourrit pas activement (c’est-à-dire qu’il est endormi), il se cache simplement dans l’environnement.
Gaia BH1 s’est fait prendre à cause de ses « compagnies »
L’équipe a initialement identifié le système comme un hôte potentiel d’un trou noir en analysant les données du vaisseau spatial Gaia de l’ESA. L’observatoire Gaia a capturé les minuscules irrégularités du mouvement de l’étoile causées par la gravité d’un objet massif et invisible.
Pour explorer le système plus en détail, El-Badry et son équipe se sont tournés vers l’instrument GMOS (Gemini Multi-Object Spectrograph) de Gemini North, qui mesurait la vitesse de l’étoile compagne en orbite autour du trou noir et fournissait une mesure précise de sa période orbitale.
Les observations de suivi de Gemini ont été cruciales pour limiter le mouvement orbital et, par conséquent, les masses des deux composants du système binaire, permettant à l’équipe d’identifier le corps central comme un trou noir environ 10 fois plus massif que notre Soleil.
Nos observations de suivi avec Gemini ont confirmé sans aucun doute que le binaire contient une étoile normale et au moins un trou noir endormi. Nous n’avons trouvé aucun scénario astrophysique plausible qui pourrait expliquer l’orbite observée du système qui n’implique pas au moins un trou noir.
expliqué Kareem El-Badry, astrophysicien au Centre d’astrophysique | Harvard et Smithsonia.
Cela indique qu’étant un trou noir une sorte d’abîme cosmique qui aspire tout ce qui s’en approche – à une certaine distance, il a été conclu que Gaia BH1 est dormante et silencieuse, puisque l’étoile voisine reste intacte.
L’observatoire Gemini Nord était crucial
L’équipe s’est appuyée non seulement sur les superbes capacités d’observation de Gemini North, mais également sur la capacité de Gemini à fournir des données dans un délai serré, car l’équipe ne disposait que d’une petite fenêtre de temps pour effectuer ses observations de suivi.
Les modèles actuels des astronomes sur l’évolution des systèmes binaires ont du mal à expliquer comment la configuration particulière du système Gaia BH1 a pu se produire. Plus précisément, l’étoile progénitrice qui s’est transformée plus tard en trou noir nouvellement détecté aurait été au moins 20 fois plus massive que notre Soleil.
Cela indique qu’il n’aurait vécu que quelques millions d’années. Si les deux étoiles se formaient en même temps, cette étoile massive se serait rapidement transformée en une supergéante, gonflant et engloutissant l’autre étoile avant qu’elle n’ait eu le temps de devenir une étoile normale de la séquence principale brûlant de l’hydrogène comme notre soleil.
On ne sait pas du tout comment l’étoile de masse solaire aurait pu survivre à cet épisode, se retrouvant comme une étoile apparemment normale, comme l’indiquent les observations du binaire abritant le trou noir. Parmi les modèles théoriques qui permettent la survie, tous prédisent que l’étoile de masse solaire aurait dû se retrouver sur une orbite beaucoup plus proche que celle actuellement observée.
Cela peut indiquer qu’il existe des lacunes importantes dans notre compréhension de la façon dont les trous noirs se forment et évoluent dans les systèmes binaires, et suggère également l’existence d’une population encore inexplorée de trous noirs dormants dans les binaires.
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