Des chercheurs de l’Université de Tel-Aviv participent à la découverte du trou noir le plus lourd de notre galaxie (Par Astronomy & Astrophysics)

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Publié le 2 mai 2024

Une équipe internationale, avec la participation de chercheurs de l’Université de Tel-Aviv sous la direction du Prof. Tsevi Mazeh, de l’École de physique et d’astronomie, lauréat du Prix Israël 2024 dans le domaine des études de physique, a découvert une étoile qui orbite autour d’un trou noir 33 fois plus lourd que la masse du soleil, et plus de trois fois plus lourd que ceux connus dans notre galaxie, à 1 500 années-lumière de la Terre. La découverte a été réalisée grâce aux données de la sonde spatiale européenne Gaia.

L’étude a été publiée dans la prestigieuse revue Astronomy & Astrophysics.

La sonde spatiale Gaia a été lancée par l’Agence spatiale européenne en 2013 et depuis lors, mesure régulièrement la position et la luminosité de plus d’un milliard d’étoiles dans notre galaxie, la Voie Lactée, avec une précision sans précédent, équivalente à déterminer la position d’un grain de sable sur la lune au millimètre près. Des centaines de scientifiques à travers l’Europe traitent les données en provenance du vaisseau spatial et les rendent accessibles à l’ensemble de la communauté scientifique. Le Prof. Mazeh, pour sa part, participe à l’étude des systèmes d’étoiles binaires, découverts grâce aux données de l’engin spatial. Ce large échantillon d’étoiles binaires comprend également des systèmes incluant un trou noir, l’un des objets célestes les plus rares de l’univers. L’existence des trous noirs, qui a été prédite par Einstein en 1939 dans le cadre de sa théorie de la relativité générale, est l’un des phénomènes les plus étonnants de l’univers.

Le « cadavre » d’une étoile

Selon la théorie admise, lorsque le combustible nécessaire au processus de combustion nucléaire qui se déroule au coeur d’une étoile s’épuise, celle-ci s’effondre sur elle-même, vers son centre. Si l’étoile est suffisamment massive, toute la matière restante s’effondre en un seul point d’une densité infinie. Il est donc possible de considérer le trou noir comme le « cadavre » d’une étoile qui a terminé son cycle de vie et s’est effondrée sur elle-même. Les astrophysiciens tentent encore de comprendre les conditions extrêmes qui conduisent à l’effondrement de la matière en un point central, et c’est pourquoi chaque trou noir découvert provoque un énorme enthousiasme parmi les astronomes.

Il est très difficile de découvrir des trous noirs, car la lumière n’arrive pas à surmonter la force de gravitation qui les entoure. Lorsqu’un trou noir se trouve en binôme avec une étoile normale, le mouvement de l’étoile visible permet de mesurer la masse de son partenaire invisible et de prouver ainsi qu’il s’agit bien d’un trou noir. Et en effet, en quelques années seulement, la sonde spatiale Gaia a déjà découvert deux trous noirs.

Dans l’espoir d’en découvrir de nouveaux, le Prof. Mazeh et le Prof. Laurent Eyer de l’Université de Genève ont créé une petite équipe incluant des chercheurs de France, d’Allemagne, d’Espagne, de Belgique, de Pologne et de Suisse qui étudie les données collectées en permanence par le vaisseau spatial. Ce faisant, l’équipe est tombée sur un système binaire comprenant un trou noir comme on n’en a jamais découvert auparavant, d’une masse équivalente à 33 fois celle du soleil, à environ 1 500 années-lumière de nous.

Explorer les profondeurs de l’univers

Le nouveau trou noir est plus de trois fois plus lourd que tous les autres trous noirs connus de la Voie lactée. Le binôme, nommé Gaia BH3, comprend une étoile ordinaire qui semble s’être formée il y a plus de dix milliards d’années, alors que notre galaxie était encore très jeune, orbitant orbite autour du trou noir en un cycle de 11 ans.

Selon la suggestion du Prof. Mazeh, les chercheurs ont décidé de publier cette découverte sensationnelle immédiatement, sans attendre la publication finale de l’ensemble des systèmes découverts. Toute l’équipe travaillant sur les données du vaisseau spatial, dont le Prof. Shay Zucker, directeur de l’Ecole des sciences de la Terre et de l’environnement de l’Université de Tel-Aviv, le Dr. Simchon Faigler, le Dr. Sahar Shahaf (maintenant à l’Institut Weizmann), le Dr. Dolev Bashi (à présent à l’Université de Cambridge), le doctorant Avraham Binnenfeld et Oded Orenstein (étudiant en deuxième année de BA), a contribué à l’article scientifique qui rend compte de la découverte.

« Il s’agit d’une découverte passionnante du trou noir le plus lourd d’un système binaire connu aujourd’hui dans la galaxie », a déclaré le Prof. Mazeh. « Environ trente ans sont passés entre la première hypothèse de l’existence d’un trou noir et sa confirmation par la découverte du premier trou noir lui-même ; et plus de cinquante ans se sont écoulés avant la découverte de Gaia BH3, le trou noir binaire avec le cycle le plus long connu aujourd’hui. Il est surprenant de voir comment l’humanité parvient à explorer les profondeurs de l’univers et à découvrir des objets aussi mystérieux. Je suis convaincu que cette découverte mènera à une nouvelle manière de penser la présence et la prévalence des trous noirs qui parcourent l’étendue de notre galaxie ».