mai 16, 2022

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Pour la première fois, un trou noir solitaire a été découvert errant dans la Voie lactée

Comme un ancien cardigan, la Voie lactée devrait être absolument criblée de trous noirs.

Selon nos meilleures estimations, il devrait y avoir jusqu’à 10 millions à 1 milliard des trous noirs de masse stellaire, dérivant paisiblement et silencieusement à travers la galaxie. Il n’y a qu’un seul problème quand il s’agit de les compter : à moins qu’ils ne parviennent à piéger un matériau qui passe dans leur champ gravitationnel, ils sont fondamentalement invisibles.

Invisible ne veut pas dire indétectable, cependant. Pour la première fois, une équipe internationale de scientifiques a réussi à détecter un trou noir solitaire et inactif à un peu moins de 5 200 années-lumière. Leur découverte, qui n’a pas encore été évaluée par des pairs, a été téléchargée sur le serveur de préimpression arXiv.

Comment ont-ils fait ? Eh bien, puisque nous n’avons pas actuellement (et peut-être jamais) les outils pour sonder directement un trou noir, nous devons observer ses effets sur l’espace qui l’entoure. Pour un trou noir au repos, cet effet est gravitationnel. Et parce que le champ gravitationnel d’un trou noir est si extrême, il déforme et tord toute lumière qui pourrait le traverser.

Ainsi, lorsque quelque chose d’invisible grossissait la lumière d’une étoile lointaine, la faisant devenir étrangement plus brillante, les astronomes savaient qu’il y avait probablement un champ gravitationnel à travers lequel elle passait.

Ce phénomène est appelé microlentille gravitationnelle, et nous l’avons utilisé pour identifier de petits objets sombres qui pourraient autrement être trop difficiles à repérer pour nos télescopes. Mais c’est la première fois que nous voyons un seul trou noir.

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« Nous rapportons la première détection sans ambiguïté et la première mesure de masse d’un trou noir isolé de masse stellaire », écrit une équipe d’astronomes dirigé par Kailash Sahu du Space Telescope Science Institute.

« Nous montrons que la lentille n’émet aucune lumière détectable, ce qui, en plus d’avoir une masse supérieure à ce qui est possible pour une naine blanche ou étoile à neutronsconfirme sa nature de trou noir. »

La microlentille gravitationnelle se produit lorsqu’un objet avec un champ gravitationnel passe presque exactement devant une étoile lointaine.

Ce champ gravitationnel provoque une courbure de l’espace-temps ; Lorsque la lumière traverse le champ gravitationnel, elle suit cette courbure, ce qui fait que sa trajectoire se «plie» efficacement. Cela grossit la lumière et décale aussi très légèrement la position apparente de l’étoile lointaine.

Les précédents événements de microlentilles ont conduit à la détection d’exoplanètes et d’étoiles trop sombres pour être vues. Les expériences mises en place pour surveiller le ciel détectent des milliers d’événements de microlentilles chaque année ; La plupart d’entre elles sont des étoiles se déplaçant devant d’autres étoiles, ce qui n’est pas surprenant, compte tenu du nombre d’étoiles qui existent.

Le 2 juin 2011, deux enquêtes distinctes de microlentilles – l’expérience de lentille gravitationnelle optique (OGLE) et les observations de microlentilles en astrophysique (MOA) – ont enregistré indépendamment un événement qui a fini par culminer le 20 juillet.

Cet événement, nommé MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (abrégé en MOA-11-191/OGLE-11-0462, car c’est une bouchée), était remarquable. Non seulement il était inhabituellement long, environ 270 jours, mais il a également montré un grossissement inhabituellement élevé. Étant donné que les événements à fort grossissement sont sensibles aux perturbations, comme celles qui pourraient être observées depuis une planète en orbite autour de l’objet de lentille, les scientifiques ont convergé pour prendre des observations de suivi et effectuer des analyses.

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Des observations de la région ont été prises à huit reprises à l’aide du télescope spatial Hubble, jusqu’en 2017. Armés de ces données, Sahu et son équipe ont commencé à calculer des chiffres, et ils ont constaté que le meilleur ajustement pour les données était un trou noir, pas un Star.

En fait, ils ont même pu prendre des mesures du trou noir. Les changements observés dans la lumière de l’étoile lointaine ont permis à l’équipe de calculer sa masse et son mouvement. Le trou noir, ont-ils découvert, a une masse d’environ 7,1 fois la masse du Soleil. Cela ferait son horizon d’événement autour de juste 42 kilomètres (26 milles) à travers.

Prenez un moment pour vous en émerveiller. Les scientifiques ont pu détecter un objet invisible de moins d’un dixième de la longueur de la grand Canyon à plus de 5 000 années-lumière en étudiant la lumière changeante d’une étoile plus éloignée. C’est vraiment génial.

Et c’est là que ça devient encore plus cool. L’équipe a calculé la vitesse à laquelle cet objet se déplace dans la Voie lactée : 45 kilomètres (28 miles) par seconde. Cela en fait non seulement un vieux trou noir, mais un trou noir en fuite.

Il a probablement été éjecté dans l’espace lorsque son étoile précurseur a explosé en supernova. Si une telle explosion de supernova est déséquilibrée, la force inégale peut projeter le noyau effondré de l’étoile dans l’espace, dans ce que nous appelons un coup de pied natal. Nous avons déjà vu ces étoiles : la naine blanche LP 40-365 et pulsar PSR J0002+6216 en sont deux exemples.

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Une étude de 2019 a révélé qu’il pourrait y avoir des millions de trous noirs à coups de pied natal zoomant à grande vitesse autour de la Voie lactée. Ce serait incroyablement cool si MOA-11-191/OGLE-11-0462 en faisait partie.

Il est possible que l’objet dérive à travers une région de l’espace à haute densité. Les travaux futurs, selon les chercheurs, pourraient impliquer l’utilisation de télescopes à rayons X sensibles pour déterminer si le trou noir putatif accumule des matériaux du milieu interstellaire qui l’entoure.

De plus, les futurs instruments pourraient détecter des trous noirs de masse stellaire encore plus isolés. Une fois qu’une population a été découverte et étudiée, nous pourrons utiliser ces données pour en savoir plus sur MOA-11-191/OGLE-11-0462 et les trous noirs qui habitent la Voie lactée en général.

Les recherches de l’équipe ont été soumises à Le Journal Astrophysique et est disponible sur arXiv.