Alors que les astronomes ont étudié les grands et les petits trous noirs pendant des décennies, les preuves de ces trous noirs de taille moyenne ont été beaucoup plus difficiles à trouver. Aujourd'hui, les astronomes du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, trouvent qu'une source de rayons X dans la galaxie NGC 5408 représente l'un des meilleurs cas pour un trou noir de poids moyen à ce jour. «Les trous noirs de masse intermédiaire contiennent entre 100 et 10 000 fois la masse du soleil», a expliqué Tod Strohmayer, astrophysicien à Goddard. «Nous observons les trous noirs lourds dans les centres des galaxies et les trous légers en orbite autour des étoiles dans notre propre galaxie. Mais trouver les «tweeners» reste un défi. »
Plusieurs galaxies proches contiennent des objets brillants connus sous le nom de sources de rayons X ultralumineux (ULX). Ils semblent émettre plus d'énergie que tout autre processus connu propulsé par des étoiles mais moins d'énergie que les centres des galaxies actives, qui sont connues pour contenir des trous noirs de millions de masses solaires.
"Les ULX sont de bons candidats pour les trous noirs de masse intermédiaire, et celui de la galaxie NGC 5408 est particulièrement intéressant", a déclaré Richard Mushotzky, astrophysicien à l'Université du Maryland, College Park. La galaxie se trouve à 15,8 millions d'années-lumière dans la constellation du Centaure.
XMM-Newton a détecté ce que les astronomes appellent des «oscillations quasi-périodiques», un «scintillement» presque régulier provoqué par l'accumulation de gaz chauds profondément dans le disque d'accrétion qui se forme autour d'un objet massif. Le taux de ce scintillement était environ 100 fois plus lent que celui observé dans les trous noirs de masse stellaire. Pourtant, dans les rayons X, NGC 5408 X-1 éclipse ces systèmes à peu près le même facteur.
Sur la base du moment des oscillations et d'autres caractéristiques de l'émission, Strohmayer et Mushotzky concluent que le NGC 5408 X-1 contient entre 1 000 et 9 000 masses solaires. Cette étude paraît dans le numéro du 1er octobre du journal astrophysique.
"Pour cette gamme de masse, l'horizon des événements d'un trou noir - la partie au-delà de laquelle nous ne pouvons pas voir - se situe entre 3 800 et 34 000 miles de diamètre, soit moins de la moitié du diamètre de la Terre pour environ quatre fois sa taille", a déclaré Strohmayer.
Si le NGC 5408 X-1 gobe en effet activement le gaz pour alimenter sa prodigieuse émission de rayons X, le matériau s'écoule probablement vers le trou noir à partir d'une étoile en orbite. Ceci est typique des trous noirs de masse stellaire dans notre galaxie.
Strohmayer a ensuite demandé l'aide du satellite Swift de la NASA pour rechercher des variations subtiles de rayons X qui pourraient signaler l'orbite de l'étoile donneuse du NGC 5408 X-1. "Swift fournit de manière unique à la fois la sensibilité de l'imagerie aux rayons X et la flexibilité de programmation pour permettre une recherche comme celle-ci", a-t-il ajouté. À partir d'avril 2008, Swift a commencé à tourner son télescope à rayons X vers NGC 5408 X-1 plusieurs fois par semaine dans le cadre d'une campagne en cours.
Swift détecte une légère augmentation et une baisse des rayons X tous les 115,5 jours. "S'il s'agit bien de la période orbitale d'un compagnon stellaire", a déclaré Strohmayer, "alors c'est probablement une étoile géante ou supergéante entre trois et cinq fois la masse du soleil (1 masse solaire est la masse du Soleil)." Cette étude a été acceptée pour publication dans un prochain numéro de The Astrophysical Journal.
Les observations Swift ne couvrent qu'environ quatre cycles orbitaux, donc une observation continue est nécessaire pour confirmer la nature orbitale de la modulation des rayons X.
"Les astronomes étudient le NGC 5408 X-1 depuis longtemps car il est l'un des meilleurs candidats pour un trou noir de masse intermédiaire", ajoute Philip Kaaret de l'Université de l'Iowa, qui a étudié l'objet aux longueurs d'onde radio mais non affilié à l'une ou l'autre étude. "Ces nouveaux résultats sondent ce qui se passe près du trou noir et ajoutent des preuves solides qu'il est inhabituellement massif."
Document: Preuve d'un trou noir de masse intermédiaire dans NGC 5804
Source: NASA
