Au cœur d’Omega Centauri, l’un des amas stellaires les plus massifs de la Voie lactée, un objet invisible vient enfin de trahir sa présence.
Grâce à plus de vingt ans d’observations de Hubble, complétées par James Webb, des astronomes ont identifié le premier trou noir de masse stellaire confirmé dans cet environnement extrêmement dense.
Cet amas globulaire rassemble environ 10 millions d’étoiles liées par la gravité, à près de 18 000 années-lumière de la Terre. Les modèles prévoient pourtant qu’il devrait aussi abriter près de 10 000 petits trous noirs. Jusqu’ici, ces vestiges d’étoiles mortes restaient presque impossibles à distinguer parmi cette foule lumineuse.
Le nouvel objet, baptisé oMEGACat BH-2, n’a pas été repéré grâce à des rayons X ou à des émissions radio. Les chercheurs ont suivi le déplacement minuscule d’une étoile visible. Sa trajectoire indiquait qu’elle tournait autour d’un compagnon sombre, suffisamment massif pour ne pouvoir être qu’un trou noir de masse stellaire.
Les mesures reposent sur des images prises par Hubble entre 2002 et 2023, puis affinées avec les capacités infrarouges de James Webb. Cette combinaison a permis de suivre la position de l’étoile avec une précision inférieure à un pixel. Les astronomes ont ainsi reconstitué une portion importante de son orbite autour de l’objet invisible.
La masse du trou noir atteint environ 4,46 fois celle du Soleil. Son étoile compagne ne représente que 0,78 masse solaire. Une étude précédente envisageait plutôt une étoile à neutrons, mais la nouvelle estimation exclut cette possibilité. L’objet sombre est trop lourd pour appartenir à cette catégorie de restes stellaires.
Image composite de ω Cen réalisée à partir d'images HST.
À gauche : position de l'étoile visible par rapport au centre de l'amas (J. Anderson & RP van der Marel 2010 ; M. Häberle et al. 2024b ).
À droite : vue rapprochée de l'étoile visible et de ses voisines, notamment une étoile brillante de la branche horizontale située à environ 1″ au nord-ouest.
Crédit image : ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA).
Omega Centauri contient peu d’éléments lourds, une caractéristique qui favorise généralement la formation de trous noirs plus massifs. oMEGACat BH-2 se situe donc sous les valeurs attendues.
Le duo présente une autre particularité : l’étoile accomplit une révolution complète en environ 94 ans. Il s’agit de la plus longue période orbitale connue pour un système binaire comprenant un trou noir. Les deux objets ne seraient probablement pas nés ensemble, mais se seraient rencontrés sous l’effet des interactions gravitationnelles dans l’amas.
Cette association pourrait toutefois être temporaire à l’échelle cosmique. Les simulations indiquent que des rencontres avec d’autres étoiles finiront probablement par séparer le couple dans moins d’un milliard d’années.