Les trous noirs de masse stellaire découverts dans la Voie Lactée « pèsent » jusqu’à dix fois la masse du Soleil et ne doivent certainement pas être pris à la légère mais, à l’extérieur de notre Galaxie, ils seraient simplement des joueurs de second rang depuis que les astronomes ont trouvé un autre trou noir d’une masse supérieure à quinze masses solaires. Il s’agit de l’un des trois seuls objets de ce type trouvés jusqu’à présent.

Ce tout nouveau trou noir se situe dans la galaxie spirale appelée NGC 300, à six millions d’années-lumière de la Terre. « Jamais un trou noir de masse stellaire aussi distant n’avait été « pesé » et c’est le premier que nous avons pu voir en dehors du groupe local, le voisinage de notre Galaxie » déclare Paul Crowther, professeur d’astrophysique à l’Université de Sheffield, premier auteur de l’article présentant cette étude. Le curieux partenaire de ce trou noir est une étoile de type Wolf-Rayet qui a aussi une masse d’environ vingt masses solaires. Les étoiles Wolf-Rayet sont proches de la fin de leur vie et éjectent la majorité de leurs couches externes dans leur voisinage avant d’exploser en supernovae avec leur cœur qui implose pour former un trou noir.

En 2007, un instrument à rayons X embarqué sur l’observatoire Swift de la NASA a étudié en profondeur les environs de la source de rayons X la plus lumineuse dans NGC 300, découverte précédemment avec l’observatoire à rayons X de l’Agence Spatiale Européenne XMM-Newton. « Nous avons enregistré des émissions périodiques extrêmement intenses de rayons X, un indice qu’un trou noir devait se cacher dans les environs, » explique Stefania Carpano de l’ESA, une des membres de l’équipe.

Grâce aux nouvelles observations réalisées avec l’instrument FORS2 installé sur le VLT de l’ESO, les astronomes ont confirmé leur récente intuition. Les nouvelles données montrent que le trou noir et l’étoile Wolf-Rayet dansent l’un autour de l’autre dans une valse endiablée, avec une période d’environ 32 heures. Les astronomes ont aussi découvert que le trou noir provoque l’éjection de matière de l’étoile alors qu’ils orbitent l’un autour de l’autre.

« C’est vraiment un couple très intime » remarque Robin Barnard, un des collaborateurs de l’équipe. « Comment un système lié de manière aussi forte a pu se former reste un mystère. »

Un seul autre système de ce type a été vu auparavant mais d’autres systèmes composés d’un trou noir et d’une étoile « compagne » ne sont pas inconnus des astronomes. Sur la base de ces systèmes, les astronomes voient une connexion entre la masse d’un trou noir et la chimie galactique. « Nous avons remarqué que les trous noirs les plus massifs avaient tendance à se trouver dans les plus petites galaxies contenant moins d’éléments chimiques lourds, » précise Paul Crowther. « Les plus grosses galaxies, comme la Voie Lactée, qui sont plus riches en éléments lourds, arrivent seulement à produire des trous noirs avec de plus petites masses. » Les astronomes croient qu’une plus forte concentration d’éléments chimiques lourds influence la manière d’évoluer d’une étoile massive, augmentant la quantité de matière qu’elle déverse, aboutissant à un plus petit trou noir quand les restes s’effondrent finalement sur eux-mêmes.

Dans moins d’un million d’années, ce sera au tour de l’étoile Wolf-Rayet de se transformer en supernova et de devenir un trou noir. « Si le système survit à cette seconde explosion, les deux trous noirs fusionneront, émettant une grande quantité d’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles au moment de la fusion, » conclut Paul Crowther. Toutefois, cela prendra quelques milliards d’années avant qu’ils fusionnent réellement, bien plus longtemps que l’échelle de temps humaine. « Notre étude montre toutefois que de tels systèmes doivent exister et ceux qui ont déjà évolué en trou noir binaire devraient pouvoir être détectés en étudiant les ondes gravitationnelles avec des expériences telles que LIGO ou Virgo. »

source: l’Observatoire Européen Austral (ESO)

Les trous noirs de masse stellaire découverts dans la Voie Lactée « pèsent » jusqu’à dix fois la masse du Soleil et ne doivent certainement pas être pris à la légère mais, à l’extérieur de notre Galaxie, ils seraient simplement des joueurs de second rang depuis que les astronomes ont trouvé un autre trou noir d’une masse supérieure à quinze masses solaires. Il s’agit de l’un des trois seuls objets de ce type trouvés jusqu’à présent.

Ce tout nouveau trou noir se situe dans la galaxie spirale appelée NGC 300, à six millions d’années-lumière de la Terre. « Jamais un trou noir de masse stellaire aussi distant n’avait été « pesé » et c’est le premier que nous avons pu voir en dehors du groupe local, le voisinage de notre Galaxie » déclare Paul Crowther, professeur d’astrophysique à l’Université de Sheffield, premier auteur de l’article présentant cette étude. Le curieux partenaire de ce trou noir est une étoile de type Wolf-Rayet qui a aussi une masse d’environ vingt masses solaires. Les étoiles Wolf-Rayet sont proches de la fin de leur vie et éjectent la majorité de leurs couches externes dans leur voisinage avant d’exploser en supernovae avec leur cœur qui implose pour former un trou noir.

En 2007, un instrument à rayons X embarqué sur l’observatoire Swift de la NASA a étudié en profondeur les environs de la source de rayons X la plus lumineuse dans NGC 300, découverte précédemment avec l’observatoire à rayons X de l’Agence Spatiale Européenne XMM-Newton. « Nous avons enregistré des émissions périodiques extrêmement intenses de rayons X, un indice qu’un trou noir devait se cacher dans les environs, » explique Stefania Carpano de l’ESA, une des membres de l’équipe.

Grâce aux nouvelles observations réalisées avec l’instrument FORS2 installé sur le VLT de l’ESO, les astronomes ont confirmé leur récente intuition. Les nouvelles données montrent que le trou noir et l’étoile Wolf-Rayet dansent l’un autour de l’autre dans une valse endiablée, avec une période d’environ 32 heures. Les astronomes ont aussi découvert que le trou noir provoque l’éjection de matière de l’étoile alors qu’ils orbitent l’un autour de l’autre.

« C’est vraiment un couple très intime » remarque Robin Barnard, un des collaborateurs de l’équipe. « Comment un système lié de manière aussi forte a pu se former reste un mystère. »

Un seul autre système de ce type a été vu auparavant mais d’autres systèmes composés d’un trou noir et d’une étoile « compagne » ne sont pas inconnus des astronomes. Sur la base de ces systèmes, les astronomes voient une connexion entre la masse d’un trou noir et la chimie galactique. « Nous avons remarqué que les trous noirs les plus massifs avaient tendance à se trouver dans les plus petites galaxies contenant moins d’éléments chimiques lourds, » précise Paul Crowther. « Les plus grosses galaxies, comme la Voie Lactée, qui sont plus riches en éléments lourds, arrivent seulement à produire des trous noirs avec de plus petites masses. » Les astronomes croient qu’une plus forte concentration d’éléments chimiques lourds influence la manière d’évoluer d’une étoile massive, augmentant la quantité de matière qu’elle déverse, aboutissant à un plus petit trou noir quand les restes s’effondrent finalement sur eux-mêmes.

Dans moins d’un million d’années, ce sera au tour de l’étoile Wolf-Rayet de se transformer en supernova et de devenir un trou noir. « Si le système survit à cette seconde explosion, les deux trous noirs fusionneront, émettant une grande quantité d’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles au moment de la fusion, » conclut Paul Crowther. Toutefois, cela prendra quelques milliards d’années avant qu’ils fusionnent réellement, bien plus longtemps que l’échelle de temps humaine. « Notre étude montre toutefois que de tels systèmes doivent exister et ceux qui ont déjà évolué en trou noir binaire devraient pouvoir être détectés en étudiant les ondes gravitationnelles avec des expériences telles que LIGO ou Virgo. »

source: l’Observatoire Européen Austral (ESO)