Hubble découvre une concentration de petits trous noirs – Technoguide

Les amas globulaires sont des systèmes stellaires extrêmement denses, dans lesquels les étoiles sont étroitement regroupées. Ils sont également généralement très anciens – l’amas globulaire qui fait l’objet de cette étude, NGC 6397, est presque aussi vieux que l’Univers lui-même. Il réside à 7800 années-lumière, ce qui en fait l’un des amas globulaires les plus proches de la Terre. En raison de son noyau très dense, il est connu sous le nom d’amas de noyau effondré.

Lorsque Eduardo Vitral et Gary A. Mamon de l’Institut d’Astrophysique de Paris ont entrepris d’étudier le noyau de NGC 6397, ils s’attendaient à trouver des preuves d’un trou noir de «masse intermédiaire» (IMBH). Ceux-ci sont plus petits que les trous noirs supermassifs qui se trouvent au cœur des grandes galaxies, mais plus grands que les trous noirs de masse stellaire formés par l’effondrement d’étoiles massives. Les IMBH sont le “chaînon manquant” recherché depuis longtemps dans l’évolution du trou noir et leur simple existence est vivement débattue, bien que quelques candidats aient été trouvés ( [1], par exemple).

Pour rechercher l’IMBH, Vitral et Mamon ont analysé les positions et les vitesses des étoiles de l’amas. Ils l’ont fait en utilisant des estimations précédentes des mouvements appropriés des étoiles [2] à partir d’images Hubble du cluster sur plusieurs années [3], en plus des mouvements appropriés fournis par l’observatoire spatial Gaia de l’ESA, qui mesure précisément les positions, les distances et les mouvements des étoiles. Connaître la distance par rapport à l’amas a permis aux astronomes de traduire les mouvements appropriés de ces étoiles en vitesses.

“Notre analyse a indiqué que les orbites des étoiles sont presque aléatoires dans tout l’amas globulaire, plutôt que systématiquement circulaires ou très allongées”, a expliqué Mamon.

“Nous avons trouvé des preuves très solides d’une masse invisible dans les régions centrales denses de l’amas, mais nous avons été surpris de constater que cette masse supplémentaire n’est pas ponctuelle mais étendue à quelques pour cent de la taille de l’amas”, a ajouté Vitral.

Cette composante invisible ne pouvait être constituée que des restes (naines blanches, étoiles à neutrons et trous noirs) d’étoiles massives dont les régions internes se sont effondrées sous leur propre gravité une fois leur combustible nucléaire épuisé. Les étoiles ont progressivement coulé vers le centre de l’amas après des interactions gravitationnelles avec des étoiles moins massives proches, conduisant à la faible concentration de masse invisible. En utilisant la théorie de l’évolution stellaire, les scientifiques ont conclu que la majeure partie de la concentration invisible est constituée de trous noirs de masse stellaire, plutôt que de naines blanches ou d’étoiles à neutrons qui sont trop faibles pour être observées.

Deux études récentes avaient également proposé que des restes stellaires et en particulier des trous noirs de masse stellaire pourraient peupler les régions internes des amas globulaires.

“Notre étude est la première découverte à fournir à la fois la masse et l’étendue de ce qui semble être une collection de trous principalement noirs dans un amas globulaire effondré”, a déclaré Vitral.

“Notre analyse n’aurait pas été possible sans avoir à la fois les données Hubble pour contraindre les régions internes de l’amas et les données Gaia pour contraindre les formes orbitales des étoiles externes, qui à leur tour contraignent indirectement les vitesses des étoiles de premier plan et d’arrière-plan dans le régions intérieures », a ajouté Mamon, témoignant d’une collaboration internationale exemplaire.

Les astronomes notent également que cette découverte soulève la question de savoir si les fusions de ces trous noirs serrés dans des amas globulaires effondrés par le noyau peuvent être une source importante d’ondes gravitationnelles récemment détectées par l’expérience de l’observatoire à ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO).

Remarques

[1] En 2020, de nouvelles données du télescope spatial Hubble de la NASA / ESA ont fourni les preuves les plus solides à ce jour d’un trou noir de taille moyenne.

[2] Un mouvement approprié décrit la vitesse à laquelle les objets se déplacent dans le ciel.

[3] Les données Hubble pour cette étude ont été fournies par A. Bellini, qui a mesuré les mouvements appropriés pour plus de 1,3 million d’étoiles dans 22 amas globulaires, y compris NGC 6397.

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre l’ESA et la NASA.

L’équipe internationale d’astronomes participant à cette étude est composée d’E. Vitral et GA Mamon. Les résultats ont été publiés aujourd’hui dans Astronomy & Astrophysics.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par ESA / Hubble Information Center. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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