Un essaim entier de trous noirs a été surpris en train de traverser la Voie lactée (vidéo)

Un amas d’étoiles duveteux se répandant dans le ciel peut avoir un secret caché en son cœur : un essaim de plus de 100 trous noirs de masse stellaire .

Si cette découverte peut être validée, elle expliquera comment l’amas est devenu ce qu’il est – avec ses étoiles espacées d’années-lumière, se répandant dans un flux stellaire s’étendant sur 30 000 années-lumière.

L’amas d’étoiles en question s’appelle Palomar 5, situé à environ 80 000 années-lumière. De tels amas globulaires sont souvent considérés comme des « fossiles » de l’Univers primitif. Elles sont très denses et sphériques, contenant généralement environ 100 000 à 1 million d’étoiles très anciennes ; certains, comme NGC 6397 , sont presque aussi vieux que l’Univers lui-même.

Dans tout amas globulaire, toutes ses étoiles se sont formées en même temps, à partir du même nuage de gaz. La Voie lactée compte environ  150 amas globulaires connus ; ces objets sont d’excellents outils pour étudier, par exemple, l’ histoire de l’Univers , ou le contenu en matière noire des galaxies qu’ils orbitent.

Mais il existe un autre type de groupe d’étoiles qui attire de plus en plus l’attention : les courants de marée, les longues rivières d’étoiles qui s’étendent dans le ciel. Auparavant, ceux-ci étaient difficiles à identifier, mais avec l’observatoire spatial Gaia travaillant à cartographier la Voie lactée avec une grande précision en trois dimensions, davantage de ces flux ont été mis en lumière .

« Nous ne savons pas comment ces flux se forment, mais une idée est qu’il s’agit d’amas d’étoiles perturbés », a  expliqué l’astrophysicien Mark Gieles  de l’Université de Barcelone en Espagne.

« Cependant, aucun des flux récemment découverts n’a d’amas d’étoiles associé, nous ne pouvons donc pas en être sûrs. Donc, pour comprendre comment ces flux se sont formés, nous devons en étudier un avec un système stellaire associé. Palomar 5 est le seul cas, ce qui en fait une pierre de Rosette pour comprendre la formation et c’est pourquoi nous l’avons étudiée en détail. »

Palomar 5 semble unique en ce qu’il a à la fois une distribution d’étoiles très large et lâche et un long courant de marée, s’étendant sur plus de 20 degrés du ciel, alors Gieles et son équipe se sont concentrés dessus.

L’équipe a utilisé des simulations détaillées de N corps pour recréer les orbites et les évolutions de chaque étoile de l’amas, pour voir comment elles auraient pu se retrouver là où elles se trouvent aujourd’hui.

Étant donné que des preuves récentes suggèrent que des populations de trous noirs pourraient exister dans les régions centrales des amas globulaires, et que les interactions gravitationnelles avec les trous noirs sont connues pour faire fuir les étoiles , les scientifiques ont inclus des trous noirs dans certaines de leurs simulations.

Leurs résultats ont montré qu’une population de trous noirs de masse stellaire au sein de Palomar 5 aurait pu aboutir à la configuration que nous voyons aujourd’hui. Les interactions orbitales auraient projeté les étoiles hors de l’amas et dans le courant de marée, mais seulement avec un nombre de trous noirs significativement plus élevé que prévu.

Les étoiles s’échappant de l’amas plus efficacement et plus facilement que les trous noirs auraient modifié la proportion de trous noirs, l’augmentant un peu.

« Le nombre de trous noirs est environ trois fois plus important que prévu d’après le nombre d’étoiles dans l’amas, et cela signifie que plus de 20% de la masse totale de l’amas est constituée de trous noirs », a déclaré Gieles .

« Elles ont chacune une masse d’environ 20 fois la masse du Soleil, et elles se sont formées lors d’explosions de supernova à la fin de la vie des étoiles massives, lorsque l’amas était encore très jeune. »

Dans environ un milliard d’années, les simulations de l’équipe ont montré que l’amas se dissoudra complètement. Juste avant que cela ne se produise, ce qui reste de l’amas sera entièrement constitué de trous noirs, en orbite autour du centre galactique. Cela suggère que Palomar 5 n’est pas unique, après tout – il se dissoudra complètement dans un flux stellaire, tout comme d’autres que nous avons découverts.

Cela suggère également que d’autres amas globulaires finiront probablement par subir le même sort. Et cela confirme que les amas globulaires peuvent être d’excellents endroits pour rechercher des trous noirs qui finiront par entrer en collision, ainsi que la classe insaisissable des trous noirs de poids moyen , entre les poids légers de masse stellaire et les poids lourds supermassifs.

« On pense qu’une grande partie des fusions de trous noirs binaires se forment dans des amas d’étoiles », a déclaré l’astrophysicien Fabio Antonini de l’Université de Cardiff au Royaume-Uni.

« Une grande inconnue dans ce scénario est le nombre de trous noirs dans les amas, ce qui est difficile à contraindre par observation car nous ne pouvons pas voir les trous noirs. Notre méthode nous donne un moyen d’apprendre combien de trous noirs il y a dans un amas d’étoiles en en regardant les étoiles qu’ils éjectent. »

La recherche a été publiée dans Nature Astronomy .

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