Le trou noir de taille moyenne le plus proche pourrait plutôt être une horde de poids légers

Contrairement à un rapport précédent, il n’existe aucune preuve de l’existence d’un trou noir de masse intermédiaire dans Omega Centauri, l’amas globulaire le plus massif et le plus lumineux de la Voie lactée, selon une nouvelle étude. Au lieu de cela, une ruche de trous noirs beaucoup plus petits plongeant dans et hors du centre de l’amas d’étoiles très compact peut expliquer le mouvement et la distribution de ses nombreuses étoiles anciennes.

« Ce que nous avons découvert dans notre analyse, c’est que les données favorisent une composante étendue [de trous noirs de masse stellaire] par opposition à un trou noir de masse intermédiaire », explique Andrés Bañares-Hernández, astronome à l’Instituto de Astrofísica de Canarias à La Laguna, en Espagne. Quelque 10 000 à 20 000 trous noirs de masse stellaire – totalisant entre 200 000 et 300 000 fois la masse du soleil – répartis autour du centre de l’amas d’étoiles peuvent expliquer les observations, dit-il.

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L'étude n'exclut pas complètement l'existence d'un trou noir de masse intermédiaire, mais s'il en existe un, il est beaucoup plus petit que ce qui avait été suggéré précédemment. Aucun trou noir de plus de 6 000 fois la masse du soleil n'existe dans l'amas d'étoiles, conclut son équipe dans un travail soumis le 1er août à arXiv.org.

En revanche, l'autre équipe de recherche a déclaré que sept étoiles proches du centre de cet amas se déplacent si vite qu'elles doivent tourbillonner autour d'un trou noir d'une masse comprise entre 8 200 et 50 000 masses solaires (SN : 10/07/24). Les astronomes recherchent depuis longtemps ces trous noirs de masse moyenne, car si ces objets insaisissables existent vraiment, ils pourraient aider à expliquer l'évolution des trous noirs.

Dans cette nouvelle étude, Bañares-Hernández et ses collègues ont étudié les mouvements non seulement des étoiles ordinaires d’Omega Centauri, mais aussi de cinq de ses pulsars millisecondes. Tournant à plus de cent fois par seconde, un pulsar milliseconde émet une impulsion radio vers nous à chaque fois que l’étoile tourne (SN : 22/07/22). Si le pulsar se déplace vers la Terre, chaque impulsion met moins de temps à nous atteindre. La synchronisation précise de ces impulsions révèle donc la vitesse et l’accélération exactes du pulsar vers ou loin de la Terre, ce qui a aidé les astronomes à déterminer comment la masse est distribuée dans l’amas d’étoiles.

« C’est probablement l’une des meilleures méthodes à utiliser, car les pulsars millisecondes sont très stables et ils vous donnent un signal très clair de ce qui se passe », explique Simon Portegies Zwart, astronome à l’observatoire de Leyde aux Pays-Bas, qui ne faisait partie d’aucune des deux équipes de recherche. L’astronome qui a dirigé cette étude a refusé de commenter les nouveaux travaux jusqu’à ce qu’ils soient acceptés pour publication, mais il maintient sa conclusion initiale. « Nous pensons que la meilleure explication pour que ces étoiles se déplacent très rapidement et soient si proches du centre d’Omega Centauri est qu’elles sont entourées par un trou noir de masse intermédiaire », explique Maximilian Häberle de l’Institut Max Planck d’astronomie de Heidelberg, en Allemagne.

Les astronomes non affiliés à l’une ou l’autre des équipes de recherche sont divisés dans leur verdict. « Je ne pense pas qu’il existe de preuve solide de l’existence d’un trou noir de masse intermédiaire », déclare Gerry Gilmore, astronome à l’Université de Cambridge. « Dans la nouvelle étude, ils ont fait un bien meilleur travail que quiconque auparavant en incluant les types de populations stellaires [faibles] dont nous savons pertinemment qu’elles sont très, très courantes » au centre des amas globulaires : les étoiles à neutrons et les trous noirs de masse stellaire.

D’un autre côté, l’astronome Daryl Haggard de l’Université McGill à Montréal considère que les preuves de l’existence d’un trou noir de masse moyenne sont « assez convaincantes. Il est très, très, très difficile de trouver un modèle qui place ces étoiles rapides au centre d’Omega Centauri sans qu’elles soient guidées par un trou noir de masse intermédiaire. »

Comment résoudre la controverse ? « Trouvez-moi une orbite », dit Portegies Zwart, qui déclare être « un peu sceptique » quant à l’existence d’un trou noir de masse intermédiaire. Une étoile en orbite autour d’un objet invisible qui pèse des milliers de masses solaires serait une preuve solide, dit-il. De même qu’une lueur provenant du gaz tombant dans le trou noir, dit Haggard.

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A. Bañares-Hernández et al. New constraints on the central mass contents of Omega Centauri from combined stellar cinemamatics and pulsar timing. arXiv:2408.00939. Soumis le 1er août 2024.

Ken Croswell est titulaire d'un doctorat en astronomie de l'université de Harvard et est l'auteur de huit livres, dont The Alchemy of the Heavens: Searching for Meaning in the Milky Way et The Lives of Stars.

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