Une équipe d’astrophysiciens pense qu’un globe d’étoiles dans notre galaxie voisine cache un trou noir de masse intermédiaire, un type dont on prédit l’existence mais qui n’a jamais été observé avec certitude.

L’amas globulaire en question s’appelle B023-G078, et il est situé à la périphérie de la galaxie d’Andromède, à environ 2,5 millions d’années-lumière. Les chercheurs pensent que l’amas, qui contient la masse de 6,2 millions de soleils, est en fait un noyau dépouillé : les restes de plusieurs petites galaxies qui se sont collées les unes aux autres. Et le centre de cette bouillie galactique est un trou noir de masse intermédiaire (IMBH), expliquent les chercheurs dans un article publié dans The Astrophysical Journal.

« La chose la plus intéressante à propos de ce trou noir de masse intermédiaire est son emplacement : il se trouve dans un amas d’étoiles massives autour d’Andromède qui, selon nous, est en fait le noyau d’une ancienne galaxie naine dont la périphérie a été arrachée par la gravité d’Andromède », a déclaré Anil Seth, astrophysicien à l’université de l’Utah et co-auteur du récent article, dans un courriel adressé à Gizmodo. « Sur la base de travaux antérieurs dans des noyaux dépouillés de masse plus élevée, de simulations et de ce travail, il semble que ces noyaux de galaxie dépouillés pourraient en fait être l’environnement le plus commun pour les IMBH (c’est-à-dire qu’il pourrait y en avoir plus dans les noyaux de galaxie dépouillés que dans les noyaux de galaxie actuels). »

Les trous noirs sont tous massifs, mais il y a de nombreuses variations de « gros » dans l’univers. Les trois classes de trous noirs – de masse stellaire, intermédiaire et supermassive – sont décrites par rapport à notre Soleil. Les trous noirs de masse stellaire ont généralement une masse de 10 à 100 fois celle de notre Soleil ; les trous noirs supermassifs peuvent atteindre des milliards de fois cette taille, ce qui en fait les objets les plus gros (et certainement les plus denses) de l’univers.

Le noyau dépouillé présumé B023-G078, imagé par Hubble.Image : Image Hubble NASA/ESA, R. Pechetti & A. Seth
Mais les trous noirs de masse intermédiaire – entre 100 000 et 1 million de masses solaires – sont inexplicablement absents des archives astrophysiques. Ils sont si rares que les trous noirs de masse intermédiaire présumés sont encore qualifiés de candidats, car aucun n’a été confirmé. Des trous noirs suspects de masse intermédiaire ont déjà été détectés à l’aide de rayons gamma et de rayons X, mais aucun candidat n’a encore occupé de manière certifiée le vide dans la gamme de masse des trous noirs.

Une partie du problème réside dans le fait que nous ne savons toujours pas grand-chose sur l’évolution des trous noirs. Si les trous noirs de masse stellaire finissent plus tard par devenir des trous noirs supermassifs, les trous noirs de masse intermédiaire ne sont peut-être qu’une brève étape de cette évolution.

L’équipe de recherche a utilisé de nouvelles observations de l’observatoire Gemini et du télescope spatial Hubble pour calculer la distribution de la masse de B023-G078, et a constaté que l’objet ne ressemblait pas à un amas globulaire. Il ressemblait plutôt à un noyau dénudé. Ils ont ensuite modélisé les vitesses des étoiles se déplaçant dans l’amas et ont déterminé que, sans un trou noir au centre de B0234-G078, les étoiles se déplaceraient trop lentement.

« Les vitesses stellaires que nous obtenons nous donnent la preuve directe qu’il y a une sorte de masse sombre au centre », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Renuka Pechetti, astrophysicienne à l’université John Moores de Liverpool, dans un communiqué de l’université de l’Utah. « Il est très difficile pour les amas globulaires de former de grands trous noirs. Mais si c’est dans un noyau dépouillé, alors il doit déjà y avoir un trou noir présent, laissé comme un vestige de la petite galaxie qui est tombée dans la plus grande. »

La plus grande incertitude qui subsiste, selon Seth, est que ce qui semble être un trou noir singulier de masse intermédiaire pourrait être une ribambelle de trous noirs de masse stellaire, campés assez près les uns des autres pour être perçus comme un seul objet. (C’était le cas de NGC 6397, un amas d’étoiles situé à 7 800 années-lumière, dont on a d’abord pensé qu’il était le chaînon manquant de l’évolution des trous noirs).

Pechetti prévoit d’examiner trois autres amas globulaires dans Andromède pour voir s’ils ont des secrets à divulguer. Les observations futures, notamment celles effectuées dans l’infrarouge par le télescope spatial Webb récemment lancé, pourraient aider les astrophysiciens à déterminer où se trouvent les trous noirs moyens manquants.