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Des preuves de milliers de trous noirs bourdonnant autour du centre de la voie lactée

Astronomie : Des preuves de milliers de trous noirs bourdonnant autour du centre de la voie lactée

Depuis les années 1970, les astronomes ont compris qu'un trou noir supermassif (SMBH) se situe au centre de la galaxie de la Voie lactée. Situé à environ 26 000 années-lumière de la Terre entre les constellations du Sagittaire et du Scorpion, ce trou noir est connu sous le nom de Sagittaire A * (Sgr A *). Mesurant 44 millions de km, cet objet est environ 4 millions de fois plus massif que notre Soleil et exerce une formidable attraction gravitationnelle.

Depuis ce temps, les astronomes ont découvert que les SMBH étaient à la base de la plupart des galaxies massives, ce qui sépare celles qui possèdent un noyau actif galactique (AGN) de celles qui n'en ont pas. Mais grâce à une récente étude réalisée à l'aide de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, des astronomes ont découvert des preuves de centaines, voire de milliers de trous noirs situés près du centre de la galaxie de la Voie lactée.

L’étude décrivant leurs découvertes a récemment été publiée dans la revue Nature sous le titre «Une bosse de densité de binaires à rayons X au repos dans le parsec central de la galaxie». L’étude était dirigée par Chuck Hailey, professeur de physique Pupin et codirecteur du Columbia Astrophysics Laboratory (CAL) de la Columbia University, et comprenant des membres de l’Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica de Chile et du Harvard-Smithsonian. Centre d'astrophysique.

Le centre de la Voie lactée, les rayons binaires des rayons X étant entourés de rouge, les autres sources de rayons X entourés de jaune et le Sagittaire A * encerclé de bleu. Crédit: NASA / CXC / Université Columbia / C. Hailey et al.

En utilisant les données de Chandra, l’équipe a recherché des sources binaires de rayons X contenant des trous noirs se trouvant à proximité de Sgr A *. Pour récapituler, les trous noirs ne sont pas détectables à la lumière visible. Cependant, les trous noirs (ou étoiles à neutrons) qui sont verrouillés dans des orbites rapprochées avec une étoile vont tirer les matériaux de leurs compagnons, qui seront ensuite accrétés sur les disques des trous noirs et chauffés à des millions de degrés.

Cela se traduira par la libération de rayons X qui pourront ensuite être détectés, d'où la raison pour laquelle ces systèmes sont appelés «binaires de rayons X». En utilisant les données de Chandra, l’équipe a recherché les rayons X de sources localisées à environ 12 années-lumière de Sgr A *. Ils ont ensuite sélectionné des sources avec des spectres de rayons X similaires à ceux de binaires à rayons X connus, qui émettent des quantités relativement importantes de rayons X de basse énergie.

En utilisant cette méthode, ils ont détecté quatorze rayons X à environ trois années-lumière de Sgr A *, contenant tous des trous noirs de masse stellaire (entre 5 et 30 fois la masse de notre Soleil). Deux de ces sources avaient été identifiées par des études précédentes et avaient été éliminées de l'analyse, tandis que les douze autres (entourées en rouge dans l'image ci-dessus) venaient d'être découvertes.

Les autres sources pour lesquelles des quantités relativement importantes de rayons X à haute énergie (marquées en jaune) étaient supposées être des binaires contenant des naines blanches. Hailey et ses collègues ont conclu que la majorité des douze binaires à rayons X étaient susceptibles de contenir des trous noirs, en raison de leur variabilité et du fait que leurs émissions de rayons X sur plusieurs années étaient différentes de celles attendues des binaires contenant étoiles à neutrons.

Impression de l'artiste d'un binaire de trou noir, constitué d'un matériau de siphonnage de trou noir provenant de son compagnon. Crédit: ESO / L. Cal ada

Étant donné que seuls les binaires de rayons X les plus brillants contenant des trous noirs sont susceptibles d'être détectés autour de Sgr A * (compte tenu de son éloignement de la Terre), Hailey et ses collègues ont conclu que cette détection impliquait l'existence d'une population beaucoup plus vaste. Selon leurs estimations, il pourrait y avoir au moins 300 et jusqu'à mille trous noirs de masse stellaire présents autour de Sgr A *.

Ces résultats ont confirmé ce que des études théoriques sur la dynamique des étoiles dans les galaxies ont indiqué par le passé. Selon ces études, une importante population de trous noirs de masse stellaire (jusqu'à 20 000 personnes) pourrait se déplacer vers l'intérieur au cours de millions d'années et s'accumuler autour d'une SMBH. Cependant, la récente analyse menée par Hailey et ses collègues est la première preuve d'observation de trous noirs se rassemblant près de Sgr A *.

Bien entendu, les auteurs reconnaissent qu'il existe d'autres explications aux émissions de rayons X qu'ils ont détectées. Ceci inclut la possibilité que la moitié des douze sources observées soient des pulsars millisecondes, des étoiles à neutrons en rotation très rapide avec des champs magnétiques puissants. Cependant, sur la base de leurs observations, Hailey et son équipe sont fortement en faveur de l'explication du trou noir.

En outre, une étude de suivi menée par Aleksey Generozov (et al.) De l’Université de Columbia intitulée «Une surabondance de binaires à rayons X pour trous noirs dans le centre galactique à partir de captures de marée» - a indiqué qu’il pourrait y avoir jusqu'à 10 000 à 40 000 binaires de trous noirs au centre de notre galaxie. Selon cette étude, ces fichiers binaires seraient le résultat de captures de compagnons par des trous noirs.

Vue d'artiste de la fusion de trous noirs binaires. Crédit: LIGO / A. Simonnet.

En plus de fournir beaucoup d'informations sur la dynamique des étoiles dans notre galaxie, cette étude a des implications pour le champ émergent de la recherche sur les ondes gravitationnelles (GW). Essentiellement, en sachant combien de trous noirs résident au centre des galaxies (qui se fusionnent périodiquement), les astronomes seront en mesure de mieux prédire le nombre d’ondes gravitationnelles qui leur sont associées.

À partir de là, les astronomes pourraient créer des modèles prédictifs indiquant quand et comment les événements de guerre civile risquent de se produire, et de discerner leur rôle éventuel dans l'évolution galactique. Et avec des instruments de nouvelle génération, tels que le télescope spatial James Webb (JWST) et le télescope avancé de l'ESA pour l'astrophysique des hautes énergies (ATHENA), les astronomes seront en mesure de déterminer le nombre exact de trous noirs situés au centre de notre galaxie.

Lectures supplémentaires: NASA

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