Comment les trous noirs avaleurs d'étoiles ont été découverts

Des chercheurs de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP) de Toulouse ont observé en 2018 une nouvelle forme de trou noir qui engloutit les étoiles qui passent un peu trop près de lui.

Échos infrarouges d'un trou noir mangeant une étoile
Échos infrarouges d'un trou noir mangeant une étoile
Photographie de NASA/JPL-Caltech

Jusqu’à 2018, les scientifiques avaient la certitude de connaître deux types de trous noirs : les supermassifs, situés au centre des galaxies, et les stellaires, bien plus légers et résultant de la fin de vie d’étoiles à masse importante. Mais une étape de formation manquait entre les deux. L’existence d’un trou noir de type intermédiaire était donc supposée mais non vérifiée.

Une équipe de recherche internationale, comprenant trois scientifiques de l’IRAP de Toulouse, ont eu la chance de mener une étude grâce à l’observatoire à rayons XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne (ESA). En se basant sur des données d’archives allant de 2006 à 2009, les auteurs de l’étude ont pu observer l’existence de trous noirs dits de « masse intermédiaire » et surtout, ils ont pu en voir un avaler une étoile.

« C'est une découverte très excitante : c'est la première fois qu'un tel trou noir est vu en train de dévorer une étoile », explique Dacheng Lin de l’université du New Hampshire (États-Unis), membre de l’étude. « Quelques candidats ont déjà été trouvés par le passé, mais ce type de trous noirs reste particulièrement difficile à détecter. Cette découverte compte parmi les plus importantes de ces dernières années ! »

Ce phénomène a pu être remarqué et analysé grâce à la détection d’une très forte émission de lumière dont l’émetteur se situait en périphérie d’une galaxie lointaine. Cette émission de lumière est justement la manifestation d’une étoile qui se serait un peu trop approchée du trou noir et se serait faite happer.  

À partir de ces observations, les chercheurs ont alors émis plusieurs hypothèses sur la formation de ces trous noirs intermédiaires. L’explication la plus plausible est qu’ils résulteraient de la fusion d’étoiles massives au cœur d’un amas d’étoiles très dense.

Dacheng Lin explique à propos de ce nouveau type de trous noirs qu'« une méthode alternative pour les détecter est d'attendre qu'une étoile de l'amas passe si près d'un trou noir de masse intermédiaire qu'elle se fera dévorer/disloquer. Cela génère alors de brusques et énormes bouffées de lumière en particulier en rayons X que nous pouvons alors observer. Ce type d'événements rares n'avait jusqu’à présent été vu qu'au centre de galaxies et impliquait un trou noir supermassif.

Le trou noir en question pèserait environ 50 000 fois la masse du Soleil et serait situé en périphérie d’une galaxie à plus de 760 millions d’années-lumière de la Terre. Cet événement, joliment nommé 3XMM J215022.4−055108, indiquerait que de nombreux trous noirs du même type seraient dormants en périphérie des galaxies.

En août 2019, pour la première fois, les scientifiques ont observé d’un trou noir « avalant » une étoile à neutrons.

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