Gaia découvre une nouvelle famille de trous noirs

Nouvelle population de trous noirs

En utilisant les données de la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne, les astronomes ont découvert non seulement le plus proche Mais aussi le deuxième trou noir le plus proche de la Terre. Les trous noirs, Gaia BH1 et Gaia BH2, sont situés respectivement à 1 560 années-lumière de nous dans la direction de la constellation d’Ophiuchus et à 3 800 années-lumière dans la constellation du Centaure. En termes galactiques, ces trous noirs se trouvent dans l’arrière-cour cosmique.

Les trous noirs ont été découverts en étudiant le mouvement des étoiles qui les accompagnent. Une étrange « oscillation » dans le mouvement des étoiles dans le ciel indique qu’elles sont en orbite autour d’un objet très massif. Dans les deux cas, les objets font environ dix fois la masse de notre Soleil. D’autres explications pour ces compagnons massifs, comme les systèmes d’étoiles doubles, ont été exclues car ils ne semblent pas émettre de lumière.

Jusqu’à récemment, tous les trous noirs connus des astronomes étaient découverts en émettant de la lumière – généralement sous forme de rayons X et de longueurs d’onde radio – produite par des matériaux qui y tombaient. Les nouveaux trous noirs sont vraiment noirs et ne peuvent être détectés que par des effets gravitationnels. La distance des étoiles à un trou noir et les orbites des étoiles autour de celui-ci sont beaucoup plus longues que dans d’autres systèmes binaires connus de trous noirs et d’étoiles. Les paires de trous noirs stellaires les plus proches, appelées binaires à rayons X, ont tendance à être très brillantes en rayons X et en lumière radio, et donc faciles à trouver. Mais les nouvelles découvertes indiquent que les trous noirs dans les binaires plus grands sont plus courants.

« Ce qui distingue ce nouveau groupe de trous noirs de ceux que nous connaissions déjà, c’est leur large séparation d’avec leurs étoiles compagnes », explique Karim El-Badry, découvreur des nouveaux trous noirs et chercheur au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics dans le États-Unis et l’Institut Max Planck d’astronomie à Heidelberg, en Allemagne.

mouvement de milliards d’étoiles

Des trous noirs ont été découverts à l’aide des données de Gaia. Gaia mesure avec précision les positions et les mouvements de milliards d’étoiles. Le mouvement des étoiles contre le ciel peut donner des indices clés sur les objets qui agissent gravitationnellement sur ces étoiles. Ces objets peuvent également inclure d’autres étoiles, des exoplanètes et des trous noirs.

« La précision des données de Gaia était essentielle à cette découverte. Les trous noirs ont été trouvés en observant la minuscule oscillation de leur étoile compagne alors qu’elle tournait autour d’elle. Aucun autre instrument n’est capable de telles mesures », explique Timo Prosti, scientifique du projet Gaia à l’Agence spatiale européenne.

Gaia a fourni des mesures précises du mouvement dans trois directions, mais pour une compréhension plus précise de la façon dont les étoiles s’éloignent et se rapprochent de nous, des mesures de vitesse radiale supplémentaires étaient nécessaires. Les observatoires terrestres ont fourni ces trous noirs nouvellement découverts, ce qui a donné le dernier indice à la conclusion que les astronomes avaient découvert des trous noirs.

Trous noirs invisibles

Les trous noirs sont souvent complètement invisibles. Lorsque des matériaux tombent sur eux, ils peuvent émettre de la lumière par radio et par rayons X. Pour le deuxième trou noir de Gaia, l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et le radiotélescope sud-africain Meerkat sur Terre ont recherché cette lumière, mais n’ont pu localiser aucun signal.

« Bien que nous n’ayons rien détecté, cette information est très précieuse car elle nous en dit long sur l’environnement autour du trou noir. Il y a beaucoup de particules qui sortent de l’étoile compagne sous la forme de vents stellaires. Mais puisque nous n’avons vu aucune lumière radio, cela nous indique que le trou est que les Lions ne sont pas de bons mangeurs et qu’il n’y a pas beaucoup de particules traversant l’horizon des événements. Nous ne savons pas pourquoi, mais nous voulons le savoir ! », explique Yvette Cendez, qui a aidé à découvrir le deuxième trou noir et est astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics aux États-Unis.

Le nouveau type de trou noir n’émet aucune lumière, ce qui le rend pratiquement invisible, peut-être parce qu’il est si éloigné de ses étoiles compagnes. Gaia BH1 et Gaia BH2 ont les orbites les plus éloignées de tous les trous noirs connus, et le fait qu’ils soient les trous noirs connus les plus proches de la Terre indique que de nombreux trous noirs similaires dans des binaires massifs attendent toujours d’être découverts.

« C’est très excitant car cela indique maintenant que ces trous noirs sur de larges orbites sont en effet communs dans l’espace – plus communs que les binaires où le trou noir et l’étoile sont plus proches. Mais le problème est de les détecter. La bonne nouvelle est que Gaia est toujours prendre les données et les publier Les prochaines données (en 2025) contiendront bon nombre de ces étoiles qui ont de mystérieux compagnons de trou noir », explique Yvette.

La prochaine publication de données Gaia sera basée sur 66 mois d’observations et contiendra des informations améliorées sur les orbites des étoiles. En attendant, les astronomes seront occupés à déterminer d’où viennent ces vastes trous noirs en orbite.

Karim El-Badry note : « Nous soupçonnions l’existence de trous noirs dans des systèmes plus grands, mais nous n’étions pas sûrs de leur formation. Leur découverte signifie que nous devons adapter nos théories sur l’évolution des systèmes d’étoiles binaires car on ne sait pas encore comment ils se sont formés. ces systèmes se forment.

« Le Consortium de traitement et d’analyse des données Gaia développe des méthodes pour identifier les binaires astronomiques avec des compagnons compacts. Nous prévoyons de présenter un bon échantillon de candidats dans la prochaine publication des données Gaia », déclare Tsevi Mazeh, membre de l’équipe de l’Université de Tel Aviv. dans l’attente d’élargir encore cet ensemble de nouveaux trous noirs dormants.

Notes aux éditeurs :
Une géante rouge en orbite autour d’un trou noir par Karim El-Badry et al a été publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1093/mnras/stad799

« Photo de la semaine : Gaia découvre son premier trou noir : Gaia BH1 » par Tineke Roegiers.

Le 13 juin 2022, Gaia a été libérée, pour la première fois, à la suite de son traitement d’étoile non unique. le Enquête sur les étoiles binaires Gaia Il dépasse tous les travaux sur les étoiles binaires des deux derniers siècles. Ces deux trous noirs ont été trouvés en étudiant deux solutions de ce catalogue de plus de 813 000 systèmes stellaires binaires. Gaia Data Release 4 devrait augmenter la précision des solutions d’étoiles binaires, révélant peut-être plusieurs autres candidats passionnants à suivre.

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