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À la recherche des origines des trous noirs supermassifs

Le projet imbh a scruté le ciel nocturne à la recherche de preuves de naines blanches grignotées par de petits trous noirs.

Espace

L’univers est rempli de trous noirs dont la masse équivaut à des millions de fois celle de notre soleil, mais personne n’a encore décelé un jeune trou noir en train de grandir pour atteindre cette taille immense. L’objectif du projet imbh, financé par l’UE, était de trouver ces trous noirs de masse intermédiaire (IMBH pour intermediate-mass black holes). «Nous pouvons observer les trous noirs supermassifs de très loin, et nous savons qu’ils sont apparus très tôt dans l’univers», explique Peter Jonker, coordinateur du projet. «Mais il est difficile de comprendre comment ils se sont formés si rapidement, alors que l’univers n’était au départ qu’une soupe homogène. Il est possible de commencer avec un petit trou noir, dont la masse équivaut à 10 fois celle du soleil, et il doit ensuite croître jusqu’à atteindre un milliard de fois la masse du soleil en seulement quelques centaines de millions d’années.»

Des pièces manquantes

Selon Peter Jonker, il existe de nombreuses preuves circonstancielles qu’une étape intermédiaire doit exister, mais aucune preuve concrète. Pour trouver cette preuve, lui et ses collègues de la Fondation néerlandaise des instituts de recherche scientifique ont cherché des preuves dynamiques de l’existence des IMBH dans les données recueillies par le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne. Ils ont été aidés par une curieuse propriété liée à la manière dont les étoiles naines blanches sont censées interagir avec les IMBH. Les naines blanches sont les restes d’étoiles de taille similaire à celle de notre propre soleil, qui ont éjecté leurs couches supérieures, en laissant un noyau d’hélium incandescent de la taille de la Terre. Lorsqu’elles s’approchent d’un trou noir supermassif, ces étoiles disparaissent généralement derrière l’horizon des événements avant d’être déchirées par les forces gravitationnelles. Ce n’est pas le cas des IMBH. «Le fait que plus le trou noir est léger, plus il a de facilités à déchirer les étoiles, est légèrement contre-intuitif», ajoute Peter Jonker. Une naine blanche est une étoile compacte, avec une forte gravité. Seuls les IMBH peuvent déchirer une naine blanche avant que celle-ci ne disparaisse derrière l’horizon des événements. Les astronomes observent souvent différents types d’étoiles en train d’être englouties par des trous noirs. La lumière émise au cours de ce processus peut donner des indices sur les éléments constitutifs de l’étoile: si elle est constituée d’hélium, les astronomes peuvent être sûrs qu’ils observent la mort d’une naine blanche.

Restauration rapide

Le processus est incroyablement rapide, se déroulant en quelques jours, mais l’équipe a pu repérer plusieurs exemples probables. «Jusqu’à présent, nous ne sommes pas encore certains d’avoir été témoins de tels événements; il existe de bons candidats, mais ceux-ci présentent de bonnes explications alternatives que nous ne pouvons pas encore écarter», explique-t-il. Les travaux ont été soutenus par le Conseil européen de la recherche. «Cela nous a énormément aidés», déclare Peter Jonker. «Sans ce financement, cela n’aurait pas été possible.» Peter Jonker et son équipe continuent à rechercher des preuves de l’existence d’IMBH, en utilisant à la fois des images satellites et des enregistrements d’ondes gravitationnelles. Il s’agit, selon lui, d’une étape nécessaire pour apprendre comment se forment les trous noirs supermassifs comme celui qui se trouve au centre de la Voie lactée – et comment ils se développent si rapidement.

Mots‑clés

imbh, intermédiaire, masse, noir, trou, blanche, naine, supermassif, soupe, hélium

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