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Hubble aurait observé la naissance d'un trou noir

Publié par MaRichesse.Com sur 19 Septembre 2016, 08:09am

Catégories : #SCIENCE, #ESPACE

Hubble aurait observé la naissance d'un trou noir

Il existe en astrophysique une énigme connue sous le nom de « problème dessupergéantes rouges ». En fait, le terme « énigme » est exagéré, car nous connaissons plusieurs solutions plausibles. Mais faisons d'abord connaissance avec le problème. Cela nous permettra de comprendre ensuite pourquoi des observations faites par le télescope Hubble, et qui sont analysées dans un article publié récemment par des chercheurs sur arXiv, le concernent.

La théorie de l'évolution stellaire, et les simulations numériques que l'on peut faire avec, nous indique qu'une étoile dont la masse est supérieure à 8-10 masses solaires ne finira pas en naine blanche comme le Soleil ou Proxima du Centaure mais sous forme d'une supernova de type SN II. Elle devrait alors laisser comme cadavre une étoile à neutrons. Enfin, pas toujours, car on a des raisons de penser qu'au-delà de 40 masses solaires environ, ce sera un trou noir.

Le destin des étoiles de masses intermédiaires (entre 8-10 et 40 masses solaires) est moins clair dans le sens où les deux types d'astres compacts - étoile à neutrons ou trou noir -sont l'état final de l'évolution de ces astres.

Mais il y a pire... Les étoiles entre 15 et 30 masses solaires environ doivent un jour devenir des supergéantes rouges puis exploser en supernovae SN II. Problème : on n'a jamais observé des supernovae de ce type qui pouvaient être rattachées à une supergéante rouge dans cet intervalle de masse. Alors, que deviennent ces étoiles ?

 

Kézako est la série documentaire qui répond aux questions de science que tout le monde se pose. Cet épisode traite de la question « Qu'est-ce qu'un trou noir ? ». Il détaille les notions de densité et de masse, amenant la notion de trou noir. Il aborde aussi la notion de mirages gravitationnels. © Unisciel

Des supernovae ratées qui s'effondrent directement en trou noir

Une théorie a été avancée qui veut qu'au moins un tiers de ces soleils vont s'effondrer gravitationnellement directement en trou noir, sans passer par la case supernova. Le phénomène étant nettement moins brillant (10.000 fois moins lumineux), cela expliquerait pourquoi il aurait échappé jusqu'à présent aux observations. On parle à son sujet de supernova ratée (failed supernova en anglais). Toutefois, pour vraiment gagner ses lettres de noblesse, ce scénario doit conduire à des prédictions pouvant être validées par des télescopes. Les astrophysiciens en ont trouvées.

Tout commence selon le scénario classique pour une SN II. Le cœur en fer d'une étoile massive voit ses réactions thermonucléaires de fusion des noyaux s'arrêter. L'énergie libérée sous forme de lumière ne peut plus s'opposer à sa contraction, ce qui conduit les protons et les électrons à se combiner en neutrons en émettant des neutrinos. Le reste de l'étoile se contracte aussi mais il est obligé de rebondir sur un cœur nouvellement formé, bien plus dense. L'onde de choc produite et la pression du rayonnement des neutrinos soufflent alors les couches supérieures de l'étoile.

Avec une supernova ratée, l'onde de choc et les neutrinos ne sont pas assez forts pour volatiliser l'étoile et l'effondrement n'est pas stabilisé par un cœur de neutrons hyperdenses. Toutefois, le flux de neutrinos entraînant une perte de masse significative, le plasma externe de l'étoile se dilate, devient moins chaud, de sorte que les noyaux et les électrons de ce plasma se recombinent, ce qui conduit tout de même pendant quelque temps à un objet un million de fois plus lumineux que le Soleil puis qui disparaît des télescopes classiques.

La supergéante rouge N6946-BH1 est-elle devenue un trou noir ?

Des campagnes d'observations cherchant ce phénomène ont été conduites, notamment avec le Large Binocular Telescope (LBT), un télescope situé dans l'Arizona (États-Unis) qui possède deux miroirs de 8,4 mètres de diamètre placés sur la même monture. Parmi les candidats intéressants, les astrophysiciens ont trouvé la supergéante rouge N6946-BH1, située à environ 20 millions d'années-lumière de la Voie lactée et qui est devenue plus brillante en 2009 avant de disparaître. Sa masse a été estimée à environ 25 masses solaires.

En compulsant les archives des images de Hubble, les chercheurs annoncent maintenant qu'à la place de N6946-BH1, le télescope spatial, qui a aussi vu le même phénomène que le LBT, voit maintenant une source faiblement lumineuse dans l'infrarouge. Toutes les observations convergent donc vers l'idée que Hubble a bien observé pour la première fois non seulement une supernova ratée mais aussi la formation d'un trou noir.

Il y a cependant une dernière étape à franchir pour pouvoir affirmer cela. Il faudrait en effet détecter des émissions intenses en rayons X à la place de N6946-BH1, causées par l'accrétion de matière sur le trou noir. Le télescope Chandra a été appelé à la rescousse. Il pourrait nous donner une réponse positive dans quelques mois.

 

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