Un trou noir catapulté ?
Des astronomes ont découvert dans l'espace un objet qui pourrait être un trou noir catapulté hors d'une galaxie. Ou bien il s'agit d'une étoile géante qui a explosé pendant une très longue période de plusieurs décennies. Dans tous les cas, il s'agit d'un objet très particulier. Les physiciens qui souhaitent détecter expérimentalement les ondes gravitationnelles tant discutées et prédites par Albert Einstein s'y intéressent également.
Dans sa théorie de la relativité générale, Albert Einstein a prédit l'existence d'ondes gravitationnelles. Plus encore : la théorie d'Einstein dépend de l'existence de ces ondes. Bien que les physiciens aient déployé de gros efforts au cours des dernières décennies, il n'a pas encore été possible de détecter directement les ondes gravitationnelles par une mesure. Cela s'explique sans doute en grande partie par le fait que les appareils de mesure appropriés doivent avoir une précision qu'il est pratiquement impossible de produire aujourd'hui. Il s'agit en effet de mesurer les moindres compressions et étirements de l'espace qui, selon la théorie d'Einstein, se produisent lorsque les ondes gravitationnelles le traversent. Et même avec les futurs instruments de mesure ultra-précis, seules les ondes d'une intensité particulièrement élevée, comme celles produites par la fusion de deux trous noirs, pourront être détectées. Pour pouvoir détecter les ondes gravitationnelles, un tel événement ne doit pas se produire trop loin de la Terre.
Lorsque deux galaxies se dirigent l'une vers l'autre dans l'espace et qu'elles entrent finalement en collision, elles fusionnent en une seule. Les deux trous noirs supermassifs au centre des deux galaxies s'unissent également, ce qui, selon la théorie de la relativité générale, génère des ondes gravitationnelles qui se propagent dans l'espace. Si les trous noirs ont des masses différentes ou tournent à des vitesses différentes, les ondes gravitationnelles se propagent de manière asymétrique. Le trou noir fusionné subit alors un choc en retour dans la direction opposée. Dans certains cas, ce choc en retour est relativement faible et le trou noir revient vers le centre. Dans d'autres cas, il est si fort que le trou noir est définitivement éjecté de la galaxie et reste seul dans l'univers.
Vestige d'une collision entre deux galaxies...
Les astronomes ont cherché dans le passé de tels trous noirs catapultés, mais n'en ont pas trouvé. Une équipe internationale de scientifiques dirigée par Kevin Schawinksi, professeur à l'Institut d'astronomie, et Michael Koss, qui effectue des recherches dans le groupe de Schawinksi en tant qu'Ambizione-Fellow du Fonds national suisse, a observé un objet qui pourrait être un trou noir catapulté de ce type. L'objet, appelé SDSS1133, se trouve à environ 90 millions d'années-lumière de la Terre, ce qui est considéré comme "proche" en termes astronomiques. Des scientifiques de l'Université du Maryland, de l'Université d'Hawa?, du Jet Propulsion Laboratory de Pasadena en Californie, de l'Université d'Arizona, de l'Université de Copenhague, de l'Université de Californie Berkeley et de l'Ohio State University ont également participé à cette découverte.
Les chercheurs ont remarqué que SDSS1133 devait être un objet particulier lorsqu'ils l'ont observé l'année dernière sur un télescope à miroir à l'observatoire Keck à Hawa?. Il brillait dix fois moins qu'en 2001, comme l'a montré une comparaison avec une carte du ciel de cette année-là. L'objet était également visible sur les cartes des années 1950 et 1990, mais il ne brillait que faiblement à l'époque. Etant donné que SDSS1133 brillait si fort en 2001, mais qu'il n'a pas complètement disparu par la suite, il ne peut pas provenir d'une supernova ordinaire, c'est-à-dire de l'explosion d'une étoile à la fin de sa vie. En effet, de tels phénomènes ne sont souvent visibles que pendant quelques mois et s'estompent ensuite très fortement.
En comparant le spectre de longueur d'onde de SDSS1133 et celui d'une galaxie naine proche, les scientifiques ont conclu que SDSS113 pourrait être un trou noir ayant appartenu à cette même galaxie naine et ayant été éjecté de celle-ci à une époque antérieure.
... ou l'une des supernovae les plus longues ?
Les chercheurs ne sont toutefois pas si s?rs, car il existe, du moins en théorie, une deuxième possibilité d'explication un peu exotique : SDSS 1133 pourrait être un nouveau type de supernova de longue durée d'une étoile géante. Cette étoile géante aurait déjà perdu une grande partie de sa masse pendant au moins 50 ans avant son explosion finale, dans une succession d'éruptions.
De telles étoiles changeantes ont déjà été observées : Eta Carinae, l'une des étoiles les plus massives de notre propre galaxie, a été la deuxième étoile la plus brillante du ciel nocturne pendant une courte période en 1843. Si de tels sursauts étaient également l'explication de SDSS 1133, il s'agirait alors des plus longues éruptions continues jamais observées avant une supernova.
Résolution de l'énigme en vue
L'année prochaine, les chercheurs de l'ETH auront l'occasion de résoudre cette énigme. Les trous noirs et les supernovae émettent tous deux de la lumière ultraviolette, mais à des longueurs d'onde différentes. Afin de pouvoir mesurer le spectre de manière très précise, les scientifiques se sont vu garantir du temps d'observation avec le télescope spatial Hubble pour octobre 2015.
Le changement de luminosité de l'objet au cours des prochaines années donnera également aux scientifiques des indications sur le fait qu'il s'agit d'un trou noir catapulté ou d'une méga-étoile en train d'exploser : Pour un trou noir catapulté, ils s'attendent à une luminosité variable, alors que l'explosion d'une supernova s'affaiblit avec le temps. "Que SDSS1133 soit un trou noir catapulté ou une méga-étoile en train d'exploser, nous avons découvert quelque chose qui n'avait jamais été observé auparavant", déclare Michael Koss.
Et s'il s'avérait que l'objet est effectivement un trou noir catapulté, cela augmenterait considérablement les chances de pouvoir un jour détecter des ondes gravitationnelles. Selon les scientifiques, le recul serait d'environ dix millions d'années. Pour la mesure concrète des ondes gravitationnelles, ce n'est donc pas l'objet lui-même qui serait important, mais le fait qu'il ait existé. "Les galaxies naines sont très fréquentes", explique Koss. "La probabilité serait donc grande que d'autres événements de recul de ce type se produisent bient?t. Il y aurait ainsi l'espoir qu'un tel événement puisse être observé à proximité de la Terre, et que des ondes gravitationnelles puissent être mesurées à cette occasion".
Missions de recherche d'ondes gravitationnelles
Dans le cadre de l'une de ses prochaines grandes missions, baptisée eLISA, l'Agence spatiale européenne (ESA) tentera de détecter des ondes gravitationnelles dans l'espace à l'aide de sondes spatiales et d'un interféromètre dit "laser". Le lancement des sondes est prévu pour 2034. La mission préparatoire "LISA Pathfinder", qui doit permettre de tester les technologies clés pour eLISA, sera lancée dès l'année prochaine. L'ETH Zurich participe également à "LISA Pathfinder" (Actualités ETH Zurich). rapporté).
Référence bibliographique
Koss M, Blecha L, Mushotzky R, Hung CL, Veilleux S, Trakhtenbrot B, Schawinski K, Stern D, Smith N, Li Y, Man A, Filippenko AV, Mauerhan JC, Stanek K, Sanders D : An Unusually Persistent Transient in a Nearby Dwarf Galaxy, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2014. 445 : 515, doi : page externe10.1093/mnras/stu1673
Qu'est-ce qu'un trou noir ?
