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Hubble trouve la meilleure preuve pour un trou noir de taille moyenne insaisissable

Les astronomes ont trouvé la meilleure preuve de l'auteur d'un homicide cosmique: un trou noir d'une classe insaisissable connue sous le nom de "masse intermédiaire", qui a trahi son existence en déchirant une étoile capricieuse qui passait trop près.



Pesant environ 50 000 fois la masse de notre Soleil, le trou noir est plus petit que les trous noirs supermassifs (à des millions ou des milliards de masses solaires) qui se trouvent au cœur de grandes galaxies, mais plus grands que les trous noirs de masse stellaire formés par l'effondrement d'une étoile massive.

Ces trous noirs dits de masse intermédiaire (IMBH) sont un "chaînon manquant" recherché depuis longtemps dans l'évolution des trous noirs. Bien qu'il y ait eu quelques autres candidats IMBH, les chercheurs considèrent que ces nouvelles observations sont les preuves les plus solides pour les trous noirs de taille moyenne dans l'univers.

Il a fallu la puissance combinée de deux observatoires à rayons X et la vision précise du télescope spatial Hubble de la NASA pour clouer la bête cosmique.


Les astronomes ont trouvé la meilleure preuve d'un trou noir d'une classe insaisissable connue sous le nom de «masse intermédiaire», qui a trahi son existence en déchirant une étoile capricieuse qui est passée trop près. Cette découverte passionnante ouvre la porte à la possibilité que beaucoup d'autres se cachent sans être détectés dans l'obscurité, attendant d'être donnés par une étoile passant trop près. Crédits: Goddard Space Flight Center de la NASA Téléchargez cette vidéo en formats HD à partir du Studio de visualisation scientifique de Goddard de la NASA

"Les trous noirs de masse intermédiaire sont des objets très insaisissables, et il est donc essentiel d'examiner attentivement et d'exclure des explications alternatives pour chaque candidat. C'est ce que Hubble nous a permis de faire pour notre candidat", a déclaré Dacheng Lin de l'Université de New Hampshire, chercheur principal de l'étude. Les résultats sont publiés le 31 mars 2020 dans  The Astrophysical Journal Letters .

L'histoire de la découverte se lit comme une histoire de Sherlock Holmes, impliquant la construction méticuleuse étape par étape nécessaire pour attraper le coupable.

Lin et son équipe ont utilisé Hubble pour suivre les pistes de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA et de la mission multi-miroirs de rayons X de l'ESA (l'Agence spatiale européenne) (XMM-Newton). En 2006, ces satellites ont détecté une puissante fusée de rayons X, mais ils n'ont pas pu déterminer si elle provenait de l'intérieur ou de l'extérieur de notre galaxie. Les chercheurs l'ont attribuée à une étoile déchirée après s'être approchée trop près d'un objet compact puissant par gravité, comme un trou noir.

Étonnamment, la source de rayons X, nommée 3XMM J215022.4−055108, n'était pas située au centre d'une galaxie, où résideraient normalement d'énormes trous noirs. Cela a suscité l'espoir qu'un IMBH était le coupable, mais d'abord une autre source possible de la fusée aux rayons X a dû être exclue: une étoile à neutrons dans notre propre galaxie de la Voie lactée, se refroidissant après avoir été chauffée à une température très élevée. Les étoiles à neutrons sont les restes écrasés d'une étoile éclatée.


Hubble a été pointé sur la source de rayons X pour déterminer son emplacement précis. L'imagerie profonde et haute résolution fournit des preuves solides que les rayons X émanaient non pas d'une source isolée dans notre galaxie, mais plutôt d'un amas d'étoiles lointain et dense à la périphérie d'une autre galaxie - juste le type d'endroit où les astronomes s'attendaient à trouver un IMBH. Des recherches antérieures de Hubble ont montré que la masse d'un trou noir au centre d'une galaxie est proportionnelle au renflement central de la galaxie hôte. En d'autres termes, plus la galaxie est massive, plus son trou noir est massif. Par conséquent, l'amas d'étoiles qui abrite 3XMM J215022.4−055108 pourrait être le noyau dépouillé d'une galaxie naine de masse inférieure qui a été perturbée par la gravitation et la marée par ses interactions étroites avec son hôte de la galaxie actuelle plus grande.

Les IMBH ont été particulièrement difficiles à trouver car ils sont plus petits et moins actifs que les trous noirs supermassifs; ils n'ont pas de sources de carburant facilement disponibles, ni une force gravitationnelle puissante pour attirer les étoiles et autres matériaux cosmiques qui produiraient des lueurs radiographiques révélatrices. Les astronomes doivent essentiellement attraper un IMBH en flagrant délit en avalant une étoile. Lin et ses collègues ont passé au peigne fin les archives de données XMM-Newton, recherchant des centaines de milliers d'observations pour trouver un candidat IMBH.

La lueur des rayons X de l'étoile déchiquetée a permis aux astronomes d'estimer la masse du trou noir de 50 000 masses solaires. La masse de l'IMBH a été estimée sur la base de la luminosité des rayons X et de la forme spectrale. "Ceci est beaucoup plus fiable que l'utilisation de la luminosité des rayons X seule comme cela était généralement le cas auparavant pour les candidats IMBH précédents", a déclaré Lin. "La raison pour laquelle nous pouvons utiliser les ajustements spectraux pour estimer la masse IMBH pour notre objet est que son évolution spectrale a montré qu'il était dans l'état spectral thermique, un état couramment vu et bien compris dans l'accrétion de trous noirs de masse stellaire."

Cet objet n'est pas le premier à être considéré comme un candidat probable pour un trou noir de masse intermédiaire . En 2009, Hubble s'est associé à l'observatoire Swift de la NASA et au XMM-Newton de l'ESA pour identifier ce qui est interprété comme un IMBH, appelé HLX-1, situé vers le bord de la galaxie ESO 243-49. Il se trouve également au centre d'un jeune amas massif d'étoiles bleues qui pourrait être un noyau de galaxie naine dépouillé. Les rayons X proviennent d'un disque d'accrétion chaud autour du trou noir. "La principale différence est que notre objet est en train de déchirer une étoile, fournissant des preuves solides qu'il s'agit d'un trou noir massif, au lieu d'un trou noir de masse stellaire, car les gens s'inquiètent souvent pour les candidats précédents, y compris HLX-1", a déclaré Lin.

La découverte de cet IMBH ouvre la porte à la possibilité que beaucoup d'autres se cachent sans être détectés dans l'obscurité, attendant d'être donnés par une étoile passant trop près. Lin prévoit de poursuivre son travail minutieux de détective, en utilisant les méthodes que son équipe a réussies. De nombreuses questions restent sans réponse. Un trou noir supermassif se développe-t-il à partir d'un IMBH? Comment les IMBH se forment-ils? Les amas d'étoiles denses sont-ils leur maison préférée?

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l'ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore, dans le Maryland, mène des opérations scientifiques à Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l'Association of Universities for Research in Astronomy à Washington, DC


Source : https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-finds-best-evidence-for-elusive-mid-sized-black-hole

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