Un moyen de trouver des trous noirs “silencieux” porte enfin ses fruits | La science

Les théoriciens estiment qu’il pourrait y avoir 100 millions de trous noirs de la taille d’une étoile qui se cachent dans la Voie lactée, mais les astronomes n’ont aucun moyen de savoir avec certitude : seuls quelques dizaines ont été découverts, par les rayons X qu’ils émettent lorsqu’ils avalent le matériel d’un compagnon. étoile. Maintenant, les chercheurs disent qu’ils ont découvert un trou noir silencieux – qui ne fait pas de spectacle – grâce à l’oscillation qu’il exerce sur une étoile compagne. L’utilisation de la technique pour mieux comprendre la véritable population de trous noirs cachés aidera les chercheurs à comprendre la vie et la mort des étoiles qui les produisent.

Les chercheurs impliqués ont la réputation de démolir les allégations de découverte de trous noirs. Maintenant, ils en ont un à eux et ils pensent qu’il est étanche. “Cela dépend à qui vous demandez”, explique Tomer Shenar de la KU Leuven, qui a dirigé l’étude. “Mais je pense que c’est le premier sans ambiguïté [quiet black hole].”

Lorsqu’une étoile visible est tirée par la gravité d’un compagnon invisible, le mouvement vers et depuis la Terre étire et froisse la lumière. En recherchant ces décalages périodiques dans le spectre de l’étoile, les astronomes peuvent déterminer la masse de ce qui cause l’oscillation. Cette technique de “vitesse radiale” a déjà été utilisée pour détecter des dizaines d’exoplanètes avec des centaines d’autres en attente de confirmation. « Il n’est pas nécessairement difficile de trouver des vitesses radiales », dit Shenar. “Mais il est difficile de prouver qu’il s’agit d’un trou noir.”

Si le compagnon détecté est 2,2 fois plus massif que le Soleil, il doit s’agir soit d’une étoile, soit d’un trou noir. La distinction entre les deux n’est pas si simple ; la lumière d’une paire binaire d’étoiles se brouille à des distances galactiques. Shenar et ses collègues ont donc développé une technique appelée démêlage spectral, un algorithme qui ajuste de manière itérative les spectres de deux étoiles hypothétiques en orbite jusqu’à ce que leur lumière combinée corresponde aux observations. Si, à la fin du processus, l’algorithme constate que l’une des étoiles ne produit pas de lumière, il doit s’agir d’un trou noir.

Au cours des dernières années, l’équipe a utilisé la technique pour réfuter d’autres allégations récentes de découverte de trous noirs. LB-1, un supposé trou noir monstrueux de 70 masses solaires, et HR 6819, un prétendu trou noir dans un système triple étoile, ne sont probablement pas réels, dit Shenar. Il dit que toutes les observations de vitesse radiale de trou noir proposées ces dernières années ont maintenant des papiers qui jettent le doute sur eux, démystifiés par son équipe ou d’autres.

Dans une affaire de garde-chasse devenu braconnier, l’équipe de Shenar a maintenant sa propre détection. À l’aide du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral au Chili, les chercheurs ont observé pendant 6 ans les vitesses radiales de près de 1000 étoiles massives dans la nébuleuse de la Tarentule, qui fait partie du Grand Nuage de Magellan, une galaxie satellite de la Voie lactée. Ils ont zoomé sur VFTS 243, une étoile pesant 25 soleils qui semble orbiter quelque chose tous les 10,4 jours. Le compagnon invisible pèse 9 masses solaires, rapporte l’équipe aujourd’hui dans Astronomie naturelleet, sur la base du démêlage spectral, toute la lumière semble provenir de la seule étoile plus granderendant le compagnon suffisamment massif et suffisamment sombre pour être un trou noir.

Pour mettre cette affirmation à l’épreuve, Shenar a envoyé les résultats à Kareem El-Badry du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, un autre démystificateur de trous noirs renommé, mais il n’a pas pu trouver de meilleure explication des données. “Il s’agit vraiment d’un travail scientifique approfondi”, déclare Benjamin Giesers, qui était également un chasseur de trous noirs à l’Université de Göttingen, mais qui a depuis quitté l’astronomie.

Des trous noirs stellaires se forment lorsqu’une étoile géante mourante explose et qu’une grande partie de sa matière – moins les débris de l’explosion – s’effondre. Fait intéressant, il n’y avait aucune preuve d’explosion entourant VFTS 243. Cela soulève la possibilité que l’ancien compagnon de l’étoile se soit effondré directement dans un trou noir sans exploser, une idée que certains théoriciens ont suggérée.

C’est un résultat important pour les chercheurs travaillant avec des observatoires d’ondes gravitationnelles : les explosions de supernova peuvent faire exploser des binaires, laissant moins de fusions de trous noirs à détecter par leurs détecteurs. Mais si les étoiles peuvent former des trous noirs sans exploser, les astronomes peuvent s’attendre à d’autres événements de fusion, dit Shenar. Jusqu’à présent, il y avait peu d’indices que les étoiles peuvent s’effondrer sans exploser d’abord. “Il s’agit d’une preuve empirique unique”, déclare Shenar.

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