Découverte du trou noir le plus proche de la Terre, dans un système visible à l'œil nu !

Publié par Redbran le 08/05/2020 à 09:00
Source: ESO
Une équipe d'astronomes de l'Observatoire Européen Austral (ESO) et d'autres instituts a découvert l'existence d'un trou noir distant de 1000 années lumière seulement de la Terre. Ce trou noir est le plus proche du Système Solaire détecté à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) et compose un système triple visible à l'oeil nu. Grâce au télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille apparente des objets...) MPG/ESO de 2,2 mètres installé à l'Observatoire de La Silla de l'ESO au Chili, l'équipe a pu suivre les mouvements de ses deux étoiles compagnons et déduire l'existence de cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) invisible. Aux dires des astronomes, ce système pourrait bien n'être que la partie émergée de l'iceberg: de nombreux trous noirs similaires pourraient être découverts dans un avenir proche.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) du système triple composé du trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de...) le plus proche de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) - Sur cette vue d'artiste figurent les orbites des objets composant le système triple HR 6819. Ce système est constitué d'une binaire interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme d'études...) dotée d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la...) (trajectoire de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) bleue) et d'un trou noir récemment découvert (trajectoire de couleur rouge), ainsi que d'un troisième objet, une autre étoile, décrivant une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) plus étendue (également de couleur bleue).
Crédit: ESO/L. Calçada

“Nous avons été très surpris de constater qu'il s'agissait du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) premier système stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) composé d'un trou noir visible à l'oeil nu” précise Petr Hadrava, scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) émérite de l'Académie des Sciences (Une académie des sciences est une société savante dont le rôle est de promouvoir la recherche scientifique en réunissant certains des chercheurs les plus éminents, en tenant des séances au cours desquelles des...) de la République Tchèque à Prague et co-auteur de l'étude. Situé dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les...) du Télescope, le système est si proche de nous que les étoiles qui le composent peuvent être observées à l'oeil nu par temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) clair et par nuit noire depuis l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En astronomie, ce terme désigne la...). “Ce système est constitué du trou noir le plus proche de la Terre connu à ce jour” ajoute Thomas Rivinius, scientifique de l'ESO et auteur principal de l'étude publiée au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

A l'origine, l'équipe a observé le système baptisé HR 6819 dans le cadre d'une étude consacrée aux systèmes d'étoiles doubles. Toutefois, l'analyse de leurs observations révéla l'existence inattendue d'un troisième objet, parfaitement inconnu, au sein de HR 6819: un trou noir. Les observations effectuées au moyen du spectrographe FEROS installé sur le télescope MPG/ESO de 2.2-metres à La Silla montrèrent que l'une des deux étoiles visibles à l'oeil nu orbitait, sur une période de 40 jours, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) d'un imperceptible objet, tandis que la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle plan. ...) étoile se trouvait à plus grande distance de cette paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) intérieure.

Dietrich Baade, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) émérite à l'ESO Garching et co-auteur de l'étude, de préciser: “Les observations nécessaires à déterminer la période de 40 jours ont dû être menées sur plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.). Ce qu'a permis la mise en place du programme pionnier de service d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...) de l'ESO grâce auquel les observations sont effectuées par le personnel de l'ESO au bénéfice des scientifiques qui les ont demandées”.

Le trou noir dissimulé au sein du système HR 6819 est l'un des tous premiers trous noirs de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) stellaire découvert à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...) qui n'interagit pas violemment avec son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) et qui, par voie de conséquence, nous apparaît véritablement noir. L'équipe a pu détecter sa présence et déterminer sa masse en étudiant l'orbite de l'étoile composant la paire intérieure. “Un objet invisible doté d'une masse équivalant à 4 masses solaires ne peut être qu'un trou noir” conclut Thomas Rivinius, qui est basé au Chili.


Localisation de HR 6819 dans la constellation du Télescope - Sur cette carte figure la localisation du système triple HR 6819, composé du trou noir le plus proche de la Terre dans la constellation du Télescope. Cette carte indique la plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans de bonnes conditions d'observation. Le système est entouré d'un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle. Celui-ci...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). Le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré...) ne peut être aperçu, à la différence des deux étoiles qui composent HR 6819, visibles depuis l'hémisphère sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) par temps clair et par nuit noire, sans jumelles (On désigne par le terme jumelles un dispositif optique binoculaire grossissant destiné à l'observation d'objets à distance, constitué de deux lunettes symétriques montées en parallèle.) ni télescope. Crédit: ESO, IAU and Sky & Telescope

A ce jour, les astronomes n'ont repéré que quelques dizaines de trous noirs au sein de notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.), dont la plupart interagissent fortement avec leur environnement, ce qui se traduit par l'émission de puissants rayons X et les rend détectables. Toutefois, les scientifiques estiment que, depuis la naissance de la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent le...), un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) beaucoup plus élevé d'étoiles se sont effondrées en trous noirs à la fin de leur existence. La découverte d'un trou noir silencieux et invisible au sein du système HR 6819 offre des clés de détection spatiale de nombreux trous noirs dissimulés au sein de la Voie Lactée. “Des centaines de millions de trous noirs doivent s'y trouver, mais nous n'en connaissons que très peu. Savoir ce qu'il faut chercher devrait nous permettre de mieux les détecter” ajoute Thomas Rivinius.

Et Dietrich Baade d'ajouter que la découverte d'un trou noir au sein d'un système triple situé à si grande proximité suggère que nous n'apercevons que “la partie émergée d'un formidable iceberg”.

En outre, les astronomes pensent que leur découverte pourrait éclairer un second système. “Nous avons réalisé qu'un autre système, baptisé LB-1, pourrait également être un système triple. Toutefois, de plus amples observations sont nécessaires pour confirmer notre intuition” précise Marianne Heida, post-doctorante à l'ESO et co-auteur de la publication. “LB-1 est un peu plus éloigné de la Terre mais relativement proche à l'échelle astronomique, laissant supposer que ce type de système existe en nombre probablement beaucoup plus élevé. Leur découverte suivie de leur étude nous permettrait de mieux connaître la formation et l'évolution de ces rares étoiles de plus de huit masses solaires dont l'existence s'achève en explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la...) de supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa...), laissant derrière elles un trou noir.”

Les découvertes de ces systèmes triples composés d'une paire intérieure et d'une étoile distante pourraient également nous renseigner sur les violents processus de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue à...) cosmique qui libèrent des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie...) gravitationnelles suffisamment puissantes pour être détectées sur Terre. Certains astronomes pensent que les processus de fusion peuvent se produire au sein de systèmes semblables, en terme de configuration, à HR 6819 ou LB-1, mais dont la paire intérieure serait composée de deux trous noirs ou d'un trou noir et d'une étoile à neutrons. L'objet extérieur, situé à relative distance, peut exercer une influence gravitationnelle sur la paire intérieure au point (Graphie) d'initier un processus de fusion et la libération d'ondes gravitationnelles. Bien que les systèmes HR 6819 et LB-1 soient constitués d'un seul trou noir et ne comportent aucune étoile à neutrons, leur étude pourrait aider les astronomes à mieux comprendre les processus conduisant à des collisions au sein de systèmes stellaires triples.



Plus d'informations

Ce travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) a fait l'objet d'un article intitulé “A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the inner binary”, publié au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

L'équipe est composée de Th. Rivinius (Observatoire Européen Austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.), Santiago, Chili), D. Baade (Observatoire Européen Austral, Garching, Allemagne [ESO Allemagne]), P. Hadrava (Institut d'Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle...), Académie (Une académie est une assemblée de gens de lettres, de savants et/ou d'artistes reconnus par leurs pairs, qui a pour mission de veiller aux usages dans leurs disciplines...) des Sciences de la République Tchèque, Prague, République Tchèque), M. Heida (ESO Allemagne), et R. Klement (Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) CHARA de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) d'Etat de Géorgie, Observatoire du Mont Wilson, Mont Wilson, Etats-Unis).

L'ESO est la première organisation (Une organisation est) intergouvernementale pour l'astronomie en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des...) et l'observatoire astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires modernes sont largement dotés d'instruments scientifiques; d'abord mécaniques (quadrant, astrolabe, etc.) puis optiques...) le plus productif au monde (Le mot monde peut désigner :). L'ESO est soutenu par 16 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la...): l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Irlande, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili: La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT "Very Large Telescope", l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.). C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est l'un des plus grands télescopes conçus exclusivement pour sonder le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) dans la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.). L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou...) de programmer la réalisation d'un télescope géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'ELT sera "l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel".
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