Des étoiles qui dansent avec des trous noirs dans la Voie lactée

Sciences
Les trous noirs n'émettent pas de lumière par définition même s'ils sont susceptibles de rayonner selon le processus découvert par Stephen Hawking dans certaines conditions. Pourtant, il est possible d'imager et de détecter indirectement des trous noirs via le rayonnement émis par la matière dont ils s'entourent parfois en formant des disques d'accrétion. La Nasa a mis en ligne quelques animations plausibles décrivant la nature et les propriétés de certains systèmes binaires à rayons X contenant des trous noirs, du moins le croit-on, dans la Voie lactée.
Tout récemment un communiqué conjoint de European Southern Observatory (ESO) et de l'Event Horizon Telescope (EHT) a fait savoir que le 12 mai 2022 il y aura en ligne une conférence, à 15 h 00 en France, qui fera état de nouveaux résultats et notamment au sujet du trou noir supermassif de la Voie lactée.
On n'est pas certain non plus que l'astre compact débusqué vers le centre de notre Galaxie avec cette masse soit bel et bien un trou noir même si cela semble très probable.
On connaît par contre bien d'autres astres de ce genre, mais nettement moins massifs, que l'on considère également comme des trous noirs dans la Voie lactée.
Faisons quelques rappels sur ces trous noirs stellaires en reprenant ce que Futura avait expliqué à leur sujet dans un précédent article.
Lorsqu'une étoile de plus de 8 masses solaires s'effondre gravitationnellement après avoir épuisé son carburant nucléaire et qu'elle contient encore au moins plusieurs masses solaires malgré les vents stellaires violents en fin de vie qui ont éjecté une partie non négligeable de sa masse initiale et surtout son explosion en supernova SN II a ce moment-là, l'espace-temps à l'intérieur de cette étoile devient dynamique et ressemble beaucoup à celui de l'Univers observable lors du Big Bang.
L'effondrement de l'étoile va parfois conduire sa matière à passer sous la surface de l'horizon des événements du trou noir de masse équivalente à celle de l'étoile finale, ce qui veut dire en fait que l'étoile devient un trou noir.
C'est le prix Nobel Roger Penrose qui va finalement démontrer en 1965 que si l'on croit aux équations de la théorie de la relativité générale, un point de densité infinie et de courbure de l'espace-temps qui l'est tout autant, doit apparaître une singularité de l'espace-temps, et ce contrairement aux calculs de deux physiciens russes légendaires qui affirmaient le contraire, Evgeny Lifshitz et Isaak Khalatnikov.
Les trous noirs, des laboratoires pour la physique fondamentale
Toutefois, des effets quantiques et une nouvelle physique de la matière et des forces devaient intervenir et étaient susceptibles de changer la donne.
Or, tout comme l'effondrement d'une étoile en trou noir est en quelque sorte l'inverse de l'expansion de l'Univers observable au moment du Big Bang, une singularité gravitationnelle devait apparaître au tout début de l'existence du cosmos ou justement être évitée.
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Dès la fin des années 1960, le programme à mener pour comprendre l'origine de l'Univers et jeter une nouvelle lumière sur celle de l'Homme et sa place dans la Nature était donc clair, il fallait étudier la physique des trous noirs et comprendre l'état final de l'effondrement de la matière-espace-temps, pour reprendre le titre du célèbre cours de relativité générale d'Hermann Weyl.
Mais, en préambule à ce programme se posait naturellement une question.
Existent-ils vraiment ces trous noirs ?
Un premier élément de réponse est arrivé au cours de l'année 1971 où des observations rendues possibles par l'essor de la radioastronomie et de l'astronomie X ont commencé à accréditer l'idée que l'astre compact dépassant la masse limite autorisée par l'existence d'une étoile à neutrons, et qui était en orbite autour d'une étoile supergéante bleue dans la Voie lactée en direction de la Constellation du Cygne, pouvait être un trou noir.
Comme l'explique Jean-Pierre Luminet dans la vidéo ci-dessus, c'est le rayonnement X émis par la matière arrachée à une étoile compagne par des forces de marée et qui est chauffée par des forces de frottement visqueux en formant un disque d'accrétion tout en tombant en spirale vers le trou noir qui trahit sa présence.
Un zoo de trous noirs stellaires dans la Voie lactée
D'autres candidats au titre de trous noirs stellaires ont depuis été découverts dans la Voie lactée, toujours débusqués par des émissions de rayons X.
La Nasa nous les présente aujourd'hui avec une série d'animations montrant une vingtaine de systèmes binaires à rayons X qui hébergent des trous noirs confirmés.
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Voici quelques exemples plus précis extraits de la vidéo précédente et avec des indications de distance au Système solaire, les masses des trous noirs et des étoiles compagnes, souvent des géantes qui vont évoluer rapidement en quelques millions d'années avant d'exploser en supernova, ce qui pourrait donner naissance à des trous noirs binaires, mais pas toujours, déjà parce que le cadavre stellaire supplémentaire pourrait être une étoile à neutrons et que l'explosion pourrait séparer les deux astres.
Cette animation compare le plus grand système, GRS 1915+105, découvert en 1992, avec son petit cousin H1705-25, découvert en 1977 lors de son éruption sous forme d'une nova à rayons X.
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