article de Fabrice Mottez
5 JANVIER 2007
Une équipe britannique vient de découvrir le premier trou noir dans un amas globulaire. Les modèles ne prévoyaient pas que des trous noirs stellaires (dont la masse vaut environ 10 fois celle du Soleil) existent dans ces amas.
Il se peut que le trou noir récemment découvert soit en fait un trou noir de quelques milliers de masses solaires : il serait le premier exemple de trou noir de masse intermédiaire, dont l'existence n'était jusqu'à présent que le fruit de spéculations théoriques.
Les amas globulaires sont des amas assez compacts comportant des centaines de milliers d'étoiles. Au coeur des amas globulaires, la densité d'étoiles est très élevée, beaucoup plus que dans le reste de la galaxie. Du fait de cette densité élevée, les étoiles sont proches les unes des autres et interagissent via les forces de gravitation. Les modèles des amas globulaires prévoient notamment que les interactions avec les étoiles voisines tendent à éjecter la plupart des trous noirs stellaires hors de l'amas. On s'attendait donc, en cherchant des trous noirs dans les amas globulaires, à en trouver peu.
Or l'équipe de Tom Maccarone (Université de Southhampton, en Grande-Bretagne) a trouvé un trou noir dès le second amas globulaire étudié, alors qu'il se préparaient à n'en trouver qu'un parmi des centaines d'amas.
Un trou noir n'émet pas de lumière. Il n'est pas directement observable. La mise en évidence des trous noirs est donc indirecte : lorsque ceux-ci absorbent de la matière (un nuage de gaz ou de la matière issue d'une étoile très voisine), la matière commence par tourner en spirale autour du trou noir formant un disque très chaud et très brillant. Il est notamment très brillant dans la gamme des rayons X, et c'est avec les télescopes X en orbite, XMM-Newton (de l'Agence Spatiale Européenne) et Chandra (NASA) que Tom Maccarone et ses collègues ont observé l'existence du trou noir.
Les caractéristiques du trou noir en rayons X ne sont pas non plus conformes à ce qui était attendu. Si on avait observé des trous noirs stellaires, leur environnement aurait été moins brillant en rayons X que ce qui a été vu. Pour expliquer la grande luminosité des sources X observées, il faudrait invoquer des trous noirs de quelques centaines ou quelques milliers de masses solaires. De tels trous noirs n'avaient jamais été observés auparavant, et si ils existaient, il faudrait bâtir une nouvelle théorie expliquant leur formation.
Récapitulons : les modèles prévoyaient qu'on ne devrait pas observer de trous noirs dans les amas globulaires, car du fait de leurs interactions avec les étoiles voisines, ils devraient en être expulsés. Or, on observe un trou noir dans un amas globulaire. Les théories des environnement de trous noirs définissent une luminosité maximale en rayon X qui dépend de la masse du trou noir. La brillance du trou noir observé montre que ce trou noir aurait au moins quelques centaines de masses solaires, ce qui n'avait non plus jamais été observé. Cette découverte est donc double, en quelque sorte. Mais ces deux caractères faisant l'originalité de l'observation de Maccarone et ses collègues ne sont pas incompatibles : le trou noir n'a pas été chassé de l'amas globulaire sans doute précisément parce qu'il est plus lourd que prévu. En effet, les théories sur l'expulsion des trous noirs des amas globulaire ne considéraient pas des trous noirs aussi massifs.
