Le vaste amas globulaire Omega Centauri a longtemps intrigué les astronomes par l’absence apparente de ses trous noirs stellaires prédits. Grâce aux données des télescopes spatiaux Hubble et Webb, une équipe a détecté le premier de ces objets dissimulés. Cette découverte, utilisant une approche astrométrique, permet d’affiner les théories sur la formation des trous noirs dans ces environnements denses.
Les résultats de cette étude ont été publiés ce lundi dans la revue The Astrophysical Journal Letters.
L’énigme d’Omega Centauri
Composé de plus de 10 millions d’étoiles liées gravitationnellement, l’amas globulaire Omega Centauri est l’un des plus massifs connus. Bien que la communauté astronomique ait précédemment identifié un trou noir de masse intermédiaire en son centre grâce à Hubble, les modèles théoriques prédisent la présence d’environ 10 000 trous noirs de masse stellaire, formés à partir d’étoiles massives après leur effondrement.
Pourtant, cette population significative de trous noirs avait échappé à la détection lors des études observationnelles antérieures. Ces recherches utilisaient principalement la méthode des vitesses radiales ou recherchaient les émissions radio et de rayons X provenant de la matière tombant sur les trous noirs, sans succès notable pour ces objets stellaires.
Une approche astrométrique décisive
La nouvelle détection s’appuie sur une méthode différente, l’astrométrie. Cette technique consiste à mesurer de très faibles mouvements d’étoiles sur de longues périodes. En analysant plus de 20 ans de données archivées du télescope spatial Hubble et en intégrant des observations récentes du télescope spatial James Webb pour affiner les mesures astrométriques, l’équipe a pu isoler une étoile.
Cette étoile orbite autour d’un objet invisible dont la masse est si importante qu’il ne peut s’agir que d’un trou noir. L’apport combiné des deux télescopes spatiaux a permis d’atteindre la précision requise pour cette observation délicate.
oMEGACat BH-2 : Un système binaire singulier
Baptisé oMEGACat BH-2, ce trou noir est le premier de masse stellaire à être détecté dans Omega Centauri. Il présente des caractéristiques inattendues. Sa masse s’avère inférieure aux prévisions initiales, et son système binaire avec son étoile compagnon visible possède la période orbitale la plus longue jamais enregistrée pour un système binaire composé d’un trou noir.
Matthew Whitaker, de l’Université de l’Utah et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Avec les données de Hubble et de Webb, nous avons pu observer le mouvement de l’étoile visible de ce binaire, située à environ 18 000 années-lumière dans l’environnement dense d’Omega Centauri. La précision de ces mesures est remarquable, atteignant une fraction de pixel sur les détecteurs de Hubble et Webb. Il n’aurait pas été possible de trouver ce trou noir sans ces deux télescopes spatiaux. »
Affiner les modèles de formation
Ces découvertes viennent affiner une étude précédente menée par un autre groupe de scientifiques, qui suggérait que ce système binaire incluait une étoile à neutrons. En élargissant les données Hubble de l’enquête antérieure avec des mesures astrométriques archivées entre 2002 et 2023, et en ajoutant les données proches infrarouges de Webb pour améliorer la précision, l’équipe a pu mieux contraindre la masse du compagnon sombre de l’étoile visible, écartant ainsi la possibilité d’une étoile à neutrons.
La détection de cette première population de trous noirs manquants permettra de réviser les théories actuelles sur leur formation et leur évolution dans des environnements stellaires aussi denses qu’Omega Centauri. Cette observation ouvre la voie à d’autres recherches pour localiser d’autres trous noirs dans cet amas et d’autres structures similaires, améliorant ainsi notre compréhension de la dynamique des amas globulaires et de la distribution des trous noirs stellaires dans l’Univers.
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