Le premier trou noir jamais découvert est plus massif qu'on ne le pensait

Illustration d'artiste du trou noir et de l'étoile Cygnus X-1. Centre international de recherche en radioastronomie

Einstein a prédit pour la première fois l'existence de trous noirs lorsqu'il a publié sa théorie de la relativité générale en 1916, décrivant comment la gravité façonne le tissu de l'espace-temps. Mais les astronomes n'en ont pas repéré un jusqu'en 1964, à quelque 6 070 années-lumière dans la constellation du Cygne. Des compteurs Geiger lancés dans l'espace ont détecté des rayons X cosmiques provenant d'une région appelée Cygnus X-1. (Nous savons maintenant que les rayons cosmiques sont produits par les trous noirs. À l'époque, les scientifiques n'étaient pas d'accord sur ce que c'était : Stephen Hawking a parié le célèbre physicien Kip Thorne que ce signal ne provenait pas d'un trou noir, mais il a concédé en 1990.)

Aujourd'hui, quelque 57 ans plus tard, les scientifiques ont appris que le trou noir de Cygnus X-1 est beaucoup plus massif qu'on ne le croyait initialement, ce qui nous oblige à repenser une fois de plus la façon dont les trous noirs se forment et évoluent. Cette fois, les observations ont été prises depuis la surface de la Terre.

Dans une certaine mesure, le résultat était fortuit, dit James Miller-Jones du Centre international de recherche en radioastronomie de l'Université Curtin en Australie, l'auteur principal de la nouvelle étude, publiée dans Science . Nous n'avions pas initialement prévu de remesurer la distance et la masse du trou noir, mais lorsque nous avons analysé nos données, nous avons réalisé tout son potentiel.

Les trous noirs sont des objets si massifs que même la lumière, et encore moins la matière physique, n'est pas censée échapper à son attraction gravitationnelle. Pourtant, on crache parfois inexplicablement des jets de rayonnement et de matière ionisée dans l'espace. Miller-Jones et son équipe voulaient étudier comment la matière est aspirée et expulsée des trous noirs, ils ont donc examiné de plus près Cygnus X-1.

Ils ont observé le trou noir pendant six jours à l'aide du Very Long Baseline Array, un réseau de 10 radiotélescopes situés à travers l'Amérique du Nord, d'Hawaï aux îles Vierges. La résolution est comparable à ce qui serait nécessaire pour repérer un objet de 10 centimètres sur la lune, et c'est la même technique que celle utilisée par le télescope Event Horizon. prendre la première photo d'un trou noir .

En utilisant une combinaison de mesures impliquant des ondes radio et des températures, l'équipe a modélisé les orbites précises du trou noir de Cygnus X-1 et de l'étoile supergéante massive HDE 226868 (les deux objets tournent l'un autour de l'autre). Connaître les orbites de chaque objet a permis à l'équipe d'extrapoler leurs masses - dans le cas du trou noir, 21 masses solaires, soit environ 50 % de plus qu'on ne le pensait.

La masse des trous noirs dépend de quelques facteurs, en particulier de la taille de l'étoile qui s'est effondrée dans le trou noir et de la quantité de masse qui s'érode sous forme de vent stellaire. Les étoiles plus chaudes et plus brillantes ont tendance à produire des vents stellaires plus volatils, et elles ont également tendance à être plus lourdes. Ainsi, plus une étoile est massive, plus elle est susceptible de perdre de la masse par le vent stellaire avant et pendant son effondrement, ce qui se traduit par un trou noir plus léger.

Mais en général, les scientifiques pensaient que les vents stellaires dans la Voie lactée étaient suffisamment forts pour limiter la masse des trous noirs à pas plus de 15 masses solaires, quelle que soit la taille des étoiles à l'origine. Les nouvelles découvertes bouleversent clairement ces estimations.

Trouver un trou noir qui était significativement plus massif que cette limite nous indique que nous devons réviser nos modèles de la masse que les plus grandes étoiles perdent dans les vents stellaires au cours de leur vie, explique Miller-Jones. Cela peut signifier que les vents stellaires qui traversent la Voie lactée sont moins puissants que nous ne le pensions, ou que les étoiles hémorragies en masse d'une autre manière. Ou cela pourrait signifier que les trous noirs se comportent de manière plus erratique que nous ne pouvons l'anticiper.

L'équipe prévoit de poursuivre avec d'autres observations de Cygnus X-1. D'autres instruments, tels que le Square Kilometre Array prévu en Australie et en Afrique du Sud, pourraient fournir de meilleures vues de ce trou noir et d'autres à proximité. Il pourrait y avoir de 10 millions à un milliard trous noirs dans la Voie lactée, et en étudier au moins quelques-uns de plus pourrait aider à éclaircir ce mystère.

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