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Les scientifiques revisitent le premier trou noir qu’ils aient jamais découvert et réalisent qu’il est plus grand qu’ils ne le pensaient

De nouvelles preuves suggèrent que le premier trou noir connu est plus grand qu’on ne le pensait auparavant, ce qui pourrait forcer les scientifiques à reconsidérer leur compréhension de la façon dont les étoiles géantes donnent naissance aux trous noirs.

Les scientifiques pensent que les trous noirs de masse stellaire, qui contiennent jusqu’à quelques fois la masse du soleil, se forment lorsque des étoiles géantes meurent et s’effondrent sur elles-mêmes. Le premier trou noir jamais découvert était Cygnus X-1, situé dans la Voie lactée dans la constellation de Cygnus, le cygne. Les astronomes ont vu les premiers signes du trou noir en 1964 via le gaz aspiré d’une étoile super géante bleue en orbite étroite. Au fur et à mesure que ce gaz pénétrait dans le trou noir, il est devenu si chaud qu’il a émis des rayons X et gamma de haute énergie que les satellites pouvaient détecter.

Un trio d’études en 2011 a suggéré que Cygnus X-1 était situé à environ 6 070 années-lumière de la Terre, mais la nouvelle recherche suggère que le trou noir est en fait à environ 7 240 années-lumière. Parce que d’autres caractéristiques de l’objet sont calculées en fonction de la distance, le nouveau calcul fait valoir que Cygnus X-1 est un peu plus grand que ce que les scientifiques avaient réalisé.

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Représentation d’artiste du trou noir Cygnus X-1 et de son étoile compagnon. (Crédit d’image: Centre international de recherche en radioastronomie)

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Pour estimer la distance du trou noir, les scientifiques utilisent la technique dite de parallaxe, qui examine Cygnus X-1 par rapport à son arrière-plan. « Si vous tenez un doigt à bout de bras et fermez un œil puis l’autre, vous le verrez [your finger] semblent se déplacer d’un endroit à l’autre par rapport à des objets d’arrière-plan plus éloignés, « James Miller-Jones, astrophysicien au nœud de l’Université Curtin du Centre international de recherche en radioastronomie de Perth, Australie, auteur principal de la nouvelle étude « En utilisant cette même idée, on peut calculer à quelle distance se trouvait Cygnus X-1 en le regardant de différents points de vue alors que la Terre se déplaçait autour du soleil. »

Le travail de 2011 a analysé la lumière de l’étoile compagnon du trou noir pour aider à estimer le diamètre de l’étoile. Avec cette mesure, les chercheurs ont calculé d’autres détails du partenariat, tels que la masse du trou noir, suggérant qu’il était environ 14,8 fois celui du soleil.

Cependant, la recherche de 2011 n’a pas collecté de données du trou noir sur une orbite complète autour de son étoile compagnon. Sans ces informations, les travaux antérieurs ne pourraient pas expliquer pleinement comment ces mouvements orbitaux pourraient affecter les estimations de distance et de masse.

Dans la nouvelle étude, Miller-Jones et ses collègues ont analysé les observations de Cygnus X-1 du Very Long Baseline Array (VLBA), un radiotélescope géant composé de 10 paraboles dispersées à travers les États-Unis au cours de six 12 heures de long. observations effectuées sur des jours consécutifs, les chercheurs ont surveillé l’orbite complète du trou noir.

En utilisant la technique de parallaxe sur ces nouvelles données combinées aux données de 2011, les scientifiques ont découvert que le trou noir pourrait être plus éloigné qu’on ne le pensait auparavant, à environ 7 240 années-lumière de la Terre.

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Ces nouvelles découvertes ont conduit les chercheurs à réviser les modèles des mouvements de l’étoile compagnon de Cygnus X-1, ce qui a conduit à une nouvelle masse estimée pour le trou noir – environ 21,2 fois celle du soleil. Cette taille fait de Cygnus X-1 le plus grand trou noir de masse stellaire détecté à ce jour avec des observations de lumière. (Les observatoires d’ondes gravitationnelles tels que LIGO qui détectent les ondulations dans le tissu de l’espace et du temps ont détecté des trous noirs de plus grande masse stellaire, dont un environ 50 fois la masse du soleil.)

Ces résultats suggèrent que les étoiles qui forment des trous noirs de masse stellaire risquent de ne pas perdre autant de matière par les vents que ce que l’on pensait auparavant. « La masse d’un trou noir est déterminée par la taille d’une étoile à laquelle il a commencé », a déclaré Miller-Jones. «Les étoiles perdent de la masse à mesure que les vents soufflent de leur surface, et les étoiles massives génèrent des vents plus puissants. Les étoiles les plus massives peuvent avoir des vents très puissants et perdre beaucoup de masse à travers elles avant de former des trous noirs.

La nouvelle taille géante de Cygnus X-1 suggère donc que les étoiles qui forment des trous noirs de masse stellaire peuvent être plus grandes qu’on ne le pensait auparavant. « Les modèles précédents prévoyaient que le trou noir le plus massif qu’une étoile massive de notre galaxie de la Voie lactée devrait pouvoir faire ne devrait être qu’environ 15 fois la masse du soleil », a déclaré Miller-Jones. « Donc, trouver quelque chose 21 fois la masse du soleil signifie que nous devons réviser nos estimations de la masse perdue par ces étoiles massives. »

Les estimations mises à jour de la masse et de la distance du trou noir ont également permis de révéler que l’objet tournait très près de la vitesse de la lumière, «plus vite que tout autre trou noir trouvé à ce jour», a déclaré le co-auteur de l’étude Xueshan Zhao à l’Académie chinoise des sciences à Pékin, a déclaré dans un communiqué.

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Et des trous noirs de masse stellaire encore plus grands attendent peut-être l’attention des scientifiques. « Cygnus X-1 est peu probable le trou noir de masse stellaire le plus massif qui puisse être produit », a déclaré Miller-Jones. « La question est de savoir si nous pouvons les identifier et avec quelle précision pouvons-nous mesurer leurs masses? »

Les scientifiques ont détaillé leurs résultats en ligne le 18 février dans la revue Science. Deux autres articles se concentrant sur différents aspects de ce travail sont également parus le 18 février dans The Astrophysical Journal.

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