Les astronomes ont détecté une concentration étonnamment dense de trous noirs – plus de 100 trous noirs de masse stellaire – se déplaçant dans les restes d’un ancien amas d’étoiles appelé Palomar 5. Cette découverte offre un rare aperçu de la dynamique chaotique des populations stellaires et fournit la preuve que de tels amas pourraient finalement se dissoudre en flux de trous noirs en orbite autour de la Voie lactée.
Le fossile d’un amas d’étoiles
Palomar 5, un amas globulaire situé à environ 80 000 années-lumière de la Terre, s’étend sur 30 000 années-lumière de l’espace sous la forme d’un courant de marée. Les amas globulaires comme Palomar 5 comptent parmi les structures les plus anciennes de la galaxie, formés à partir des mêmes nuages de gaz primordiaux que les premières étoiles. Ces collections denses, contenant généralement des centaines de milliers, voire des millions d’étoiles, agissent comme des capsules temporelles de l’univers primitif, fournissant un aperçu de l’histoire galactique et de la répartition de la matière noire.
Suivi des flux stellaires avec Gaia
Pendant des années, il a été difficile d’identifier la formation de courants de marée, de longs fleuves d’étoiles. Cependant, l’observatoire Gaia de l’Agence spatiale européenne a cartographié la Voie lactée avec une précision sans précédent, mettant ainsi en lumière davantage de ces structures. Palomar 5 est unique car il s’agit à la fois d’une distribution d’étoiles large et lâche et d’un long courant de marée s’étendant sur plus de 20 degrés du ciel. Cela en fait une étude de cas cruciale pour comprendre comment se forment les flux d’étoiles.
Le rôle des trous noirs dans la perturbation des clusters
À l’aide de simulations informatiques détaillées, les chercheurs ont découvert que la configuration observée de Palomar 5 ne pouvait s’expliquer que par la présence d’un nombre disproportionné de trous noirs. Les interactions gravitationnelles entre les étoiles et les trous noirs auraient éjecté des étoiles dans le courant de marée, mais seulement avec une abondance de trous noirs dépassant de loin les estimations précédentes.
Les simulations suggèrent que plus de 20 % de la masse totale de Palomar 5 est composée de trous noirs, chacun représentant environ 20 fois la masse de notre Soleil. Cette concentration plus élevée que prévu implique que l’amas se dissoudra complètement d’ici un milliard d’années, ne laissant derrière lui qu’un essaim de trous noirs en orbite autour du centre galactique.
Implications pour les fusions de trous noirs
Cette découverte a des implications significatives pour la compréhension des fusions binaires de trous noirs, qui se produisent fréquemment dans les amas d’étoiles. La méthode utilisée pour estimer le nombre de trous noirs dans Palomar 5, en suivant les étoiles qu’ils éjectent, offre une nouvelle façon de limiter les populations de trous noirs dans d’autres amas.
« Une grande inconnue dans ce scénario est le nombre de trous noirs dans les amas… Notre méthode nous permet de savoir combien de trous noirs il y a dans un amas d’étoiles en regardant les étoiles qu’ils éjectent. – Fabio Antonini, Université de Cardiff
Les résultats suggèrent également que d’autres amas globulaires connaîtront probablement un sort similaire, finissant par se dissoudre en courants de trous noirs. Cela renforce l’idée selon laquelle ces amas constituent d’excellents endroits pour rechercher à la fois des collisions de trous noirs et des trous noirs de masse intermédiaire, comblant ainsi le fossé entre les trous noirs de masse stellaire et les trous noirs supermassifs.
La recherche, publiée dans Nature Astronomy, confirme que l’univers est plein de surprises, même parmi les restes d’anciens amas d’étoiles.
