Hubble résout un vieux mystère en détectant un trou noir caché dans un amas d’étoiles

Les amas globulaires sont des systèmes composés de centaines de milliers à plusieurs millions d'étoiles liées entre elles par la gravitation. Ces structures comptent parmi les objets les plus anciens de la Voie lactée, avec un âge supérieur à 10 milliards d'années, et orbitent dans le halo de notre galaxie.

La plupart des étoiles présentes dans ces amas appartiennent à la population II, la deuxième génération d'étoiles la plus ancienne de l'Univers. Les étoiles les plus massives ont disparu depuis des milliards d'années et, selon les modèles théoriques, elles ont laissé derrière elles un grand nombre de trous noirs de masse stellaire.

La NASA a annoncé que les données du télescope spatial Hubble, complétées par les observations du télescope James-Webb, ont permis d'identifier le premier trou noir de masse stellaire dans l'amas globulaire Oméga du Centaure. Cet amas constituait un mystère depuis des décennies, car aucun trou noir stellaire n'y avait encore été confirmé.

L'amas globulaire Oméga du Centaure

Oméga du Centaure est le plus grand et le plus massif des amas globulaires de la Voie lactée. Il renferme environ 10 millions d'étoiles liées par la gravitation. Sa masse et sa densité en font l'un des environnements stellaires les plus extrêmes de notre Galaxie, ce qui en fait un véritable laboratoire naturel pour l'étude des systèmes stellaires.

Ces trous noirs se seraient formés après la mort des étoiles les plus massives de l'amas. Par ailleurs, des observations antérieures avaient déjà mis en évidence des indices suggérant la présence d'un possible trou noir de masse intermédiaire en son cœur. Jusqu'à présent, toutefois, aucun trou noir de masse stellaire n'avait été identifié.

Des trous noirs portés disparus

La présence de trous noirs de masse stellaire dans des amas globulaires comme Oméga du Centaure est une conséquence naturelle de l'évolution stellaire. Ces systèmes se sont formés il y a plus de 10 milliards d'années et contenaient des étoiles de masses différentes. Les plus massives ont achevé leur existence en s'effondrant pour donner naissance à des trous noirs.

Les modèles d'évolution stellaire et les simulations dynamiques indiquent qu'une partie de ces trous noirs peut rester liée gravitationnellement à l'amas. Bien que certains soient éjectés en raison des interactions gravitationnelles entre les étoiles, une population résiduelle est censée subsister.

Une découverte rendue possible par Hubble

Cette nouvelle découverte a été annoncée par la NASA. Elle a été rendue possible grâce à une technique permettant de mesurer avec une très grande précision le mouvement des étoiles au fil du temps. Les chercheurs ont combiné plus de vingt ans d'observations du télescope spatial Hubble avec des données plus récentes du télescope James-Webb.

Les nouvelles mesures ont permis d'écarter l'hypothèse avancée par de précédentes études selon laquelle l'objet invisible était une étoile à neutrons. Les chercheurs ont ainsi pu déterminer que le trou noir observé possède une masse d'environ 4,46 masses solaires. Baptisé oMEGACat BH-2, il est devenu le premier trou noir de masse stellaire confirmé dans l'amas d'Oméga du Centaure.

oMEGACat BH-2

Le trou noir fait partie d'un système binaire avec une étoile d'environ 0,78 masse solaire. La trajectoire de cette étoile a été reconstituée grâce à plus de vingt ans d'observations. Les données ont montré qu'elle effectue une révolution autour du trou noir tous les 94 ans.

Les propriétés orbitales indiquent que ce système ne s'est probablement pas formé en même temps, mais qu'il est apparu ultérieurement à la suite d'une capture gravitationnelle. Les chercheurs estiment qu'il survivra pendant moins d'un milliard d'années avant d'être désintégré par de nouvelles interactions gravitationnelles, une durée bien inférieure aux quelque 12 milliards d'années d'âge de l'amas d'Oméga du Centaure.