jeudi 5 avril 2018

Détection de 12 trous noirs stellaires autour du trou noir supermassif Sgr A*


La présence d’un grand nombre de trous noirs stellaires à proximité du trou noir supermassif des galaxies est une prédiction fondamentale des modèles de dynamique stellaire galactique. Pour notre galaxie, environ 20000 trous noirs stellaires sont attendus dans un rayon de 3 années-lumière autour de Sgr A*. Jusqu’à aujourd’hui, très peu de trous noirs stellaires avaient été trouvés dans cette région très centrale de notre galaxie, mais une équipe d’astrophysiciens vient d’en débusquer 12, ce qui permet de confirmer qu’il doit effectivement en exister plus de 10 000 autour de Sgr A*.



Charles Hailey (Columbia University) et ses collègues ont réussi à identifier cette population de trous noirs de masse solaire grâce à la faible émission de rayons X qu’ils induisent lors de leur interaction avec des étoiles spiralant lentement autour d’eux, l’accrétion de matière échauffant le gaz jusqu’à l’émission de rayons X. Il leur aura fallu 12 ans d’observations avec le télescope spatial Chandra pour identifier 12 trous noirs de la sorte. La difficulté était pour les chercheurs de trier le bon grain de l’ivraie : l’émission de rayons X provenant du voisinage de ces trous noirs de l’émission de rayons X produite par des étoiles à neutron ou des naines blanches qui accrètent elles aussi de la matière et qui foisonnent dans la même région centrale, voire élargie, de la Voie Lactée. Pour faire le tri, les astrophysiciens se sont basés sur l’énergie des rayons X détectés, qui est légèrement plus faible dans le cas des systèmes binaires contenant un trou noir par rapport aux autres sources.
Il faut rappeler que les 20000 trous noirs attendus dans la région très centrale de la Galaxie ne sont rien par rapport aux 10 millions que l’on estime peupler la Galaxie. Mais ces 20000 doivent se trouver très concentrés, ce qui leur donne une particularité intéressante. Leur recherche a débuté depuis plusieurs décennies sans que personne n’en trouve un seul à ce jour. La découverte de l’équipe de Hailey est donc une première et les chercheurs avouent que cela a été vraiment difficile.
Dans leur article publié aujourd’hui dans Nature, Hailey et ses collègues expliquent que la moitié des sources qu’ils ont identifiées comme étant très probablement des trous noirs, pourraient aussi être des pulsars millisecondes… Quoiqu’il en soit, les propriétés de ces binaires X, leur distribution spatiale et leur fonction de luminosité, fait dire aux astrophysiciens qu’il doit exister plusieurs centaines de systèmes binaires de ce type dans le parsec central de la Galaxie, et donc mécaniquement plusieurs milliers de trous noirs isolés (sans étoile compagne, et donc quasi indétectables).
La distribution spatiale des systèmes binaires détectés doit logiquement être une relique de leur processus de formation. Les chercheurs pensent que leur origine pourrait être associée à un disque entourant Sgr A* ou bien par une migration progressive via la chute d’amas globulaires vers le centre de la galaxie. Leur origine reste aujourd’hui en débat.

Source
A density cusp of quiescent X-ray binaries in the central parsec of the galaxy
Charles J. Hailey, Kaya Mori, Franz E. Bauer, Michael E. Berkowitz, Jaesub Hong & Benjamin J. Hord
Nature volume 556, pages 70–73 (05 April 2018)


Illustration

Localisation des trous noirs dans le parsec central de la Galaxie (cercles bleu). Les sources identifiées par des cercles rouges sont des sources de rayons X d'une autre nature. (Hailey et al.)