IC 10 X-1: le trou noir stellaire qui pulvérise le record de masse

A l'aide de deux satellites de la NASA, des astronomes ont découvert un trou noir qui évince un record annoncé il y a à peine deux semaines (voir notre news). Le nouveau trou noir, avec une masse de 24 à 33 fois celle de notre Soleil, est le trou noir connu le plus lourd qui orbite autour d'une autre étoile.

Le détenteur du record appartient à la catégorie des trous noirs de "masse stellaire". Formés dans l'agonie d'une étoile massive, ils sont plus petits que les monstrueux trous noirs trouvés dans les noyaux galactiques. Le détenteur précédent du record pour le plus grand trou noir de masse stellaire est un trou noir de 16 masses solaires localisé dans la galaxie M33, découverte annoncée le 17 octobre.

"Nous ne comptions pas trouver un trou noir de masse stellaire si massif," commente Andrea Prestwich (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts), auteur principal du papier de découverte dans Astrophysical Journal Letters du 1er novembre. "Nous savons maintenant que les trous noirs que forment les étoiles mortes peuvent être beaucoup plus massifs que nous le pensions."


Le trou noir est localisé dans la galaxie naine voisine IC 10, à 1.8 million d'années-lumière de la Terre dans la constellation de Cassiopée (Cassiopeia). L'équipe de Prestwich a pu mesurer la masse du trou noir parce qu'elle a un compagnon: une étoile chaude hautement évoluée. L'étoile éjecte du gaz sous forme de vent. Une partie de ce matériel se développe en spirales vers le trou noir, se réchauffe, et dégage de puissants rayons X avant de dépasser le point de non retour.

En Novembre 2006, Prestwich et ses collègues ont observé la galaxie naine avec l'observatoire de rayons X Chandra. Le groupe a découvert que la source de rayons X la plus lumineuse de la galaxie, IC 10 X-1, manifeste des changements nets dans l'éclat de rayons X. Un tel comportement suggère une étoile passant périodiquement devant un trou noir compagnon, bloquant les rayons X, créant une éclipse. Fin Novembre, le satellite Swift a confirmé les éclipses et a révélé des détails au sujet de l'orbite de l'étoile. L'étoile dans IC 10 X-1 semble orbiter dans un plan qui se trouve presque de profil vu de la Terre, aussi une application simple des lois de Kepler montre que le trou noir compagnon a une masse d'au moins 24 Soleils.

Il reste quelques incertitudes dans l'estimation de la masse du trou noir, mais comme le note Prestwich, "Les futures observations optiques fourniront un résultat final. Toutes les améliorations dans la mesure de IC 10 X-1 sont susceptibles d'augmenter la masse du trou noir plutôt que de la réduire."

La grande masse du trou noir est surprenante parce que les étoiles massives produisent des vents puissants qui emportent beaucoup de la matière du soleil en gaz avant que les étoiles n'explosent. Les calculs suggèrent que les étoiles massives dans notre galaxie laissent derrière elles des trous noirs pas plus lourds qu'environ 15 Soleils.

Le trou noir IC 10 X-1 a augmenté sa masse depuis sa naissance en engloutissant le gaz de son étoile compagnon, mais le rythme est si lent que le trou noir n'aurait pas gagné plus de 1 ou 2 masses solaires. "Ce trou noir est né obèse, il n'a pas grossi" commente l'astrophysicien Richard Mushotzky (Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.), lequel n'est pas membre de l'équipe de découverte.

L'étoile d'origine a probablement commencé sa vie avec 60 masses solaires ou plus. Comme sa galaxie hôte, elle était probablement déficiente en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium. Pour les étoiles massives lumineuses contenant une fraction élevée d'éléments lourds, les électrons supplémentaires des éléments tels que le carbone et l'oxygène "ressentent" la pression extérieure de la lumière et sont plus susceptibles d'être emportés dans les vents stellaires. Mais avec sa fraction basse d'éléments lourds, l'étoile d'origine de IC 10 X-1 a perdu comparativement peu de masse avant d'exploser, aussi elle pouvait engendrer un trou noir plus lourd.