Apparemment, ce "trou noir monstre" que les chercheurs ont trouvé n'est pas si monstrueux après tout. Mais trouver des erreurs et travailler à les corriger dans la façon dont la science progresse.
Dans une étude récente (une étude évaluée par des pairs publiée le 27 novembre), une équipe de scientifiques a rapporté la découverte du système binaire LB-1, qui contient une étoile et, selon les résultats, un compagnon de trou noir 70 fois la masse de notre soleil. C'était une nouvelle importante, les trous noirs de masse stellaire (trous noirs formés par l'effondrement gravitationnel d'une étoile) sont généralement moins de la moitié de ce massif. Mais si l'étude, dirigée par Jifeng Liu, de l'Observatoire national d'astronomie de Chine (NAOC) de l'Académie chinoise des sciences, était excitante, elle était également erronée.
Trois nouveaux articles sont sortis cette semaine qui ont réexaminé les résultats de l'étude de Liu, et ces études indiquent que le trou noir de LB-1 n'est pas vraiment si massif.
D'étranges trous noirs
Les trous noirs de masse stellaire sont généralement identifiés par les émissions lumineuses de rayons X qui proviennent du gaz que les objets accumulent, ou aspirent, de leurs étoiles compagnes. Mais le trou noir repéré dans LB-1 est "sans interaction"; en d'autres termes, il n'accréte pas de gaz de son étoile, il ne peut donc pas être trouvé par des émissions lumineuses. Les scientifiques pensent qu'il existe de nombreux exemples de ce type de trou noir dans l'univers, mais parce que ces objets sont difficiles à repérer, il y a peu d'observations pour montrer combien il pourrait y en avoir.
Ainsi, pour déterminer que le système avait un trou noir, l'équipe de Liu a dû trouver et étudier l'objet indirectement, en observant le mouvement dans le décalage Doppler de l'étoile du système et une ligne d'émission rouge foncé.
Sous le phénomène Doppler, les objets se déplaçant vers la Terre apparaissent bleus, car les longueurs d'onde lumineuses raccourcissent, et rouges lorsqu'ils s'éloignent de nous, car les longueurs d'onde s'allongent. La raie d'émission, connue sous le nom de raie d'émission H-alpha, est une raie spectrale ou une raie sombre dans un spectre. Les raies spectrales sont souvent utilisées pour identifier des atomes ou des molécules et cette raie spécifique est créée par des électrons d'hydrogène. L'équipe de Liu a terminé son travail en supposant que cette ligne provenait du disque d'accrétion autour du trou noir.
En mesurant les changements dans le décalage Doppler, les chercheurs ont pu déterminer la vitesse des objets et, par conséquent, leur masse. "Si l'étoile et le compagnon accéléraient la même quantité, cela signifierait qu'ils ont la même masse, et si l'on accélère beaucoup moins, ce serait beaucoup plus lourd", Université de Californie, Berkeley, doctorante en astronomie Kareem El-Badry , un co-auteur de l'un des trois articles analysant ces résultats, a déclaré. Ainsi, en mesurant le mouvement de vibration de l'émission provenant du trou noir (ce que l'équipe de Liu a supposé être), l'équipe de Liu a déterminé que la vitesse du trou noir devait signifier qu'il était extrêmement massif pour un trou noir de masse stellaire.
Maintenant, si l'émission venait en fait d'un trou noir et se déplaçait comme ils l'ont rapporté, cela signifierait en effet qu'il y avait un objet extrêmement massif dans le système, a expliqué El-Badry.
Le principal problème avec cette conclusion? Il s'avère que cette ligne d'émission, dont la motion a servi de preuve principale pour l'objet ultramassif proposé, ne tremblait pas. En fait, cela ne bougeait pas du tout, ont découvert les nouveaux papiers traitant des conclusions de l'équipe de Liu.
Une affirmation audacieuse
Vous avez peut-être entendu parler ces dernières semaines d'un trou noir «impossible» de 70 masses solaires. Dans la dose actuelle d'eau froide, nous soutenons que les données ont été mal interprétées et qu'il n'y a aucune preuve d'une BH inhabituellement massive. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegc10 décembre 2019
La revendication d'une découverte de trou noir étrangement massive a d'abord frappé El-Badry comme étrange, car ce type de trou noir n'a jamais été observé auparavant avec une telle masse. "Ma première pensée lorsque le journal est sorti est que c'est une affirmation si audacieuse que les preuves devraient être vraiment bonnes", a déclaré El-Badry à Space.com. "Vous devez toujours garder un esprit ouvert, mais dans ce cas, la réclamation était définitivement extraordinaire et les preuves étaient un peu plus chancelantes."
Le principal problème qu'El-Badry a constaté est que la ligne d'émission ne semble bouger que; il ne s'agitait pas en fait.
El-Badry et Eliot Quataert, professeur d'astronomie et de physique à UC Berkeley, a publié son analyse le lundi 9 décembre sur le serveur de préimpression arXiv. Leur article a également été soumis pour publication dans la revue The Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
Une ligne d'absorption manquante
Alors, comment une ligne d'émission peut-elle seulement "sembler bouger"? Eh bien, il se trouve que l'alignement au sommet d'une ligne d'absorption a créé l'illusion.
Pour comprendre l'illusion, vous devez d'abord savoir ce qu'est une ligne d'absorption. Les couches atmosphériques extérieures entourant les étoiles servent de matériau absorbant pour absorber la lumière provenant de l'étoile. Ainsi, lorsque les chercheurs étudient le spectre de la lumière provenant des étoiles, ils peuvent voir des raies d'absorption, qui sont créées par des atomes dans l'atmosphère en transition entre les états atomiques.
Avec l'étoile en LB-1, il y avait une ligne d'absorption "cachée" par la ligne d'émission, a déclaré El-Badry. Une telle situation peut créer l'illusion que la ligne d'émission se déplace, produisant l'apparence d'un décalage Doppler, ce qu'El-Badry et les scientifiques derrière les autres articles ont expliqué et montré dans les études. En soustrayant simplement la ligne d'absorption des mesures de la ligne d'émission, El-Badry et Quataert, qui ont utilisé les mêmes données pour leur étude que l'équipe de Liu, ont constaté que la ligne d'émission ne bougeait pas du tout.
Sans le mouvement de cette émission, expliquait à Space.com Todd Thompson, professeur au Département d'astronomie de l'Ohio State University, qui n'était impliqué dans aucun de ces articles. Il y a deux interprétations possibles. Soit le deuxième objet du système est beaucoup plus massif que ce qui a jamais été observé (bien plus de 70 masses solaires) ou, beaucoup plus probablement, il pourrait y avoir juste un trou noir de taille moyenne dans LB-1 et la ligne d'émission provient de ailleurs, a déclaré Thompson.
"Il y a quelque chose là-dedans. C'est juste que ce n'est probablement qu'un trou noir régulier et de masse stellaire", a déclaré à Space Jackie Faherty, chercheur principal à l'American Museum of Natural History de New York et coanimateur de "StarTalk Radio". .com. Faherty n'était impliqué dans aucun de ces papiers.
Cependant, parce que la ligne d'émission ne vient probablement pas du trou noir, les chercheurs ne peuvent pas obtenir une estimation super précise de la masse du trou noir. Mais l'analyse de l'équipe d'El-Badry suggère que le trou noir se situe très probablement entre 5 et 20 masses solaires, ce qui, comme ils l'ont décrit dans leur article, "semble le plus plausible".
Découverte ... éclatée?
Deux documents supplémentaires ont été publiés qui réexaminent également les affirmations de l'équipe de Liu. Une, une étude dirigée par l'astronome théorique néo-zélandais J.J. Eldridge, qui a été publié sur arXiv, a adopté une approche théorique pour analyser le système. Les chercheurs de cette étude ont simulé une grande bibliothèque de différents types de systèmes binaires pour voir si les scientifiques pouvaient trouver un binaire correspondant aux observations rapportées pour LB-1. Ils en ont trouvé plusieurs qui pouvaient, mais aucun avec des trous noirs de 70 masses solaires.
L'autre étude, également publié sur arXiv, et dirigé par Michael Abdul-Masih de l'Institut d'astronomie de l'université KU Leuven en Belgique, a adopté une approche similaire à celle d'El-Badry. Cependant, au lieu d'utiliser les mêmes données que l'équipe de Liu, ces chercheurs ont collecté leur propre spectre du système binaire à l'aide d'un télescope différent. Ils ont également fait des simulations dans lesquelles ils ont placé une ligne d'absorption sous une ligne d'émission pour voir si l'émission semblait se déplacer comme celle de LB-1. Dans ces simulations, l'équipe d'Abdul-Masih a découvert que la ligne semblait se déplacer d'avant en arrière, fournissant une preuve supplémentaire que la ligne d'émission dans le système ne semble que se déplacer.
Rachat pour LB-1
"Cela semblait un peu trop excitant pour être vrai", a déclaré Faherty. Mais, a-t-elle ajouté, "c'est aussi ainsi que la science progresse".
Faherty a souligné que "c'est OK pour que ce genre de chose se produise. ... C'est juste une correction par rapport à un résultat précédent ... c'est OK d'avoir ce genre de situation", a-t-elle ajouté. "La science avance et avance."
Ces études de suivi ont fourni des preuves que l'objet secondaire dans LB-1 n'est pas réellement un trou noir ultrarare et ultramassif. Cependant, c'est toujours un objet exceptionnellement intéressant et mérite d'être étudié plus avant, a déclaré El-Badry.
Parce qu'il y a eu tellement d'attention sur l'étude originale, y compris avec ces analyses de suivi, elle a accru l'intérêt pour l'étude du système LB-1 et des systèmes similaires.
En identifiant et en étudiant les trous noirs non interactifs comme celui associé au LB-1, les scientifiques peuvent en savoir plus sur ces objets insaisissables. Dits communs dans l'espace, ils sont difficiles à repérer, car ils ne produisent pas d'émissions de rayons X brillantes.
"C'est un moment très intéressant pour rechercher ces trous noirs sans interaction, et ils ont certainement trouvé un système très intéressant", a déclaré Thompson. Il y a "une population qui doit être là-bas de trous noirs dans les binaires stellaires où il n'y a pas d'interaction active entre les deux composants", a-t-il ajouté.
De plus, il pourrait être intéressant que les scientifiques continuent de chercher d'où vient exactement cette raie d'émission H-alpha. Les articles réexaminant LB-1 suggèrent "qu'il est possible que le matériel circumbinaire puisse en rendre compte, mais c'est un léger mystère ... c'est OK d'avoir un certain mystère impliqué dans un résultat", a déclaré Faherty.
Space.com a contacté l'équipe de Liu pour obtenir des commentaires, et Liu a déclaré: "Nous écrivons un document pour répondre à toutes ces préoccupations." Il a ajouté que son équipe s'attend à ce que ce document soit publié la semaine prochaine.
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