Une toute nouvelle classe de trous noirs peut se cacher dans l'univers, et ceux-ci peuvent être beaucoup plus minuscules que ce que les scientifiques ont découvert auparavant, selon de nouvelles découvertes.
Les trous noirs sont des objets célestes massifs qui engloutissent tout ce qui se rapproche trop; même la lumière ne peut pas échapper à l'étreinte gravitationnelle intense d'un trou noir. La recherche de trous noirs, petits et grands - comme ceux supermassifs qui se trouvent au centre de la plupart des galaxies, y compris la nôtre - aide les chercheurs à reconstituer le fonctionnement de l'univers et crée un récit sur la vie et la mort des étoiles.
C'est parce que les trous noirs sont les cadavres de ce qui était auparavant des étoiles massives qui ont subi une disparition explosive, s'effondrant finalement sur elles-mêmes. La mort explosive et l'effondrement subséquent des étoiles peuvent former deux objets différents. Si l'étoile d'origine est suffisamment massive, cette explosion produira un trou noir, mais si ce n'est pas le cas, le cadavre formera à la place un petit objet dense appelé étoile à neutrons.
Les astronomes recherchent généralement ces trous noirs dans notre propre galaxie en mesurant les rayons X qui sont émis lorsque les trous noirs siphonnent des étoiles proches. Dans les galaxies éloignées, en revanche, les chercheurs recherchent des ondes gravitationnelles produites par la fusion de deux trous noirs ou par une collision d'étoiles à neutrons.
Mais un groupe de chercheurs s'est demandé s'il pourrait y avoir des trous noirs de masse relativement faible qui n'émettent pas les signaux radiographiques révélateurs d'autres trous noirs. De tels trous noirs hypothétiques existeraient probablement dans un système binaire avec une autre étoile, bien qu'ils orbiteraient assez loin de cette étoile pour ne pas manger beaucoup de leur compagnon stellaire; En tant que tels, les chercheurs ont supposé que ces petits trous noirs ne dégageraient pas de rayons X détectables et resteraient donc invisibles pour les astronomes, a déclaré Todd Thompson, professeur d'astronomie à l'Ohio State University et auteur principal de l'étude exposant la de nouvelles découvertes.
"Nous sommes à peu près sûrs qu'il doit y avoir beaucoup, beaucoup de ces trous noirs dans les systèmes binaires avec des étoiles dans les galaxies, juste que nous ne les avons pas trouvés parce qu'ils sont difficiles à trouver", a déclaré Thompson à Live Science. Mais "c'est toujours intéressant d'essayer de trouver des choses qui ne sont pas visibles."
Thompson et ses collègues ont recherché des preuves de ces trous noirs dans les compagnons stellaires des objets proposés. Les chercheurs ont passé au peigne fin les données de l'Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) qui contenaient des informations sur le spectre lumineux - les différentes longueurs d'onde d'énergie produites par un objet - provenant de plus de 100000 étoiles dans notre galaxie.
Les informations de cette enquête ont révélé des spectres changeants, ou longueurs d'onde de la lumière, de chacune de ces étoiles. Si les chercheurs ont remarqué des changements dans ces spectres - un changement vers des longueurs d'onde plus bleues ou un passage vers des longueurs d'onde plus rouges, par exemple - cela pourrait signifier qu'une étoile particulière était en orbite autour d'un compagnon invisible. Après avoir fait cette analyse, les chercheurs ont examiné les changements de luminosité d'un sous-ensemble d'étoiles qui pourraient être en orbite autour des trous noirs, en utilisant les données d'une autre enquête appelée All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Ils ont recherché les étoiles qui brillaient et s'assombrissaient tout en décalant vers le rouge et vers le bleu.
C'est ainsi que les chercheurs ont découvert un objet sombre massif enfermé dans une étreinte gravitationnelle avec une étoile géante en rotation rapide à environ 10000 années-lumière aux confins de notre galaxie, près de la constellation de l'Auriga. Les chercheurs ont estimé la masse de cet objet à environ 3,3 fois celle de notre soleil, trop massive pour être une étoile à neutrons et pas assez massive par rapport à tout trou noir connu.
L'étoile à neutrons la plus massive que les scientifiques connaissent est 2,1 fois la masse de notre soleil, tandis que le trou noir le moins massif connu est environ cinq à six fois la masse de notre soleil, a déclaré Thompson. Cependant, la limite de masse inférieure du nouvel objet - la masse la plus basse que cet objet pourrait être - est de 2,6 fois la masse de notre soleil, ce que les astronomes pensent être la limite supérieure de la façon dont les étoiles à neutrons massives peuvent théoriquement obtenir. Plus massif que cela, et l'étoile à neutrons s'effondrerait dans un trou noir.
Donc, cet objet sombre et mystérieux "pourrait être l'étoile à neutrons la plus massive jamais vue", juste à la frontière après laquelle il ne peut plus exister, a déclaré Thompson. "Je serais en fait encore plus excité si c'était vrai." Mais plus que probablement, c'est le trou noir de masse relativement faible hypothétique mais jamais découvert auparavant, a-t-il ajouté.
Dejan Stojkovic, cosmologiste et professeur de physique à l'Université du Buffalo College of Arts and Sciences qui n'était pas impliqué dans la recherche, a accepté. "Il s'agit très probablement d'un trou noir", car il est trop massif pour être une étoile à neutrons, à moins qu'il ne s'agisse d'une sorte d'étoile inhabituelle, a déclaré Stojkovic à Live Science. "La conclusion semble très raisonnable", mais pas inattendue, car les astronomes savent qu'il existe des trous noirs de masse inférieure.
Thompson a déclaré qu'il attend avec intérêt les découvertes futures, telles que des informations sur l'inclinaison de l'orbite de l'étoile autour de l'objet sombre que le vaisseau spatial Gaia de l'Agence spatiale européenne pourrait rassembler lors d'une prochaine mission. Cela pourrait aider les chercheurs à mesurer plus précisément la masse de l'objet sombre.
Les résultats ont été publiés hier (31 octobre) dans la revue Science.
