MacroCosmos juillet-août 2021

21 JUILLET-AOÛT 2021 ASTRO PUBLISHING U ne représenta- tion artistique de la concentration de trous noirs au centre de NGC 6397. En réalité, les mi- nuscules trous noirs ici sont trop petits pour les capacités d'observation di- recte de tout téles- cope existant ou en développement, y compris Hubble. On pense que cet amas globulaire avec un noyau effondré peut héberger plus de 20 trous noirs. [ESA/Hubble, N. Bartmann] de Paris, ont décidé d'étudier le noyau de NGC 6397, ils s'attendent, en fait, à trouver des preuves d'un trou noir de masse intermédiaire (IMBH). Ils sont plus petits que les trous noirs supermassifs découverts dans les noyaux des grandes galaxies, mais plus grands que les trous noirs de masse stellaire formés par l'effon- drement d'étoiles massives. Les IMBH sont le « chaînon manquant » recher- ché depuis longtemps dans l'évolu- tion des trous noirs et leur existence est vivement débattue, même si cer- tains candidats ont été trouvés. Pour rechercher IMBH, Vitral et Mamon ont analysé les positions et les vi- tesses des étoiles dans l'amas. Ils l'ont fait en utilisant des estimations pré- cédentes des mouvements propres des étoiles, obtenus à partir d'images d’Hubble de l'amas, qui s'étalent sur plusieurs années, ainsi que des mou- vements propres fournis par l'obser- vatoire spatial Gaia de l'ESA, qui mesure avec précision les positions, les distances et les mouvements des étoiles. Connaître la distance de l'amas a permis aux astronomes de traduire les mouvements de ces étoiles en vitesse. « Notre analyse a indiqué que les orbites des étoiles sont presque aléatoires dans tout l'amas globulaire, plutôt que systé- matiquement circulaires ou très al- longées », a expliqué Mamon. « Nous avons trouvé des preuves très solides de masse invisible dans les régions centrales denses de l'amas, mais nous avons été surpris de constater que cette masse supplémentaire n'est pas en forme de point, mais plutôt éten- due à un petit pourcentage de la taille de l'amas », a ajouté Vitral. Cette composante invisible ne pou- vait être constituée que des restes (naines blanches, étoiles à neutrons et trous noirs) d'étoiles massives dont les régions internes se sont effon- drées sous leur propre gravité lorsque le combustible nucléaire est épuisé. Les étoiles ont progressive- ment coulé au centre de l'amas, après des interactions gravitation- nelles avec des étoiles proches moins massives, conduisant à la faible concentration de masse invisible. En utilisant la théorie de l'évolution stel- laire, les scientifiques ont conclu que la majeure partie de la concentration invisible consiste en trous noirs de masse stellaire, plutôt qu'en naines blanches ou étoiles à neutrons trop faibles pour être observées. Deux études récentes ont également proposé que des restes stellaires et en particulier des trous noirs de masse stellaire pourraient peupler les ré- gions internes des amas globulaires. « Notre étude est la première à four- nir à la fois masse et extension de ce qui semble être principalement une collection de trous noirs dans un amas globulaire effondré », a déclaré Vitral. « Notre analyse n'aurait pas été possible sans avoir à la fois les données d’Hubble, pour délimiter les régions internes de l'amas, et les don- nées de Gaia, pour tracer les trajec- toires orbitales des étoiles externes, qui à leur tour délimitent indirecte- ment les vitesses des étoiles de pre- mier plan et d'arrière-plan dans les régions internes », a ajouté Mamon, témoignant d'une collaboration in- ternationale exemplaire. Les astronomes soulignent égale- ment que cette découverte soulève la question de savoir si les fusions de ces trous noirs étroitement espacés en amas globulaires avec un noyau ef- fondré pourraient être une source importante d'ondes gravitationnelles récemment détectées par l'expé- rience Laser Interferometer Gravita- tional-Wave Observatory (LIGO). !