Pendant près d'un demi-siècle, les scientifiques ont souscrit à la théorie selon laquelle lorsqu'une étoile arrivera à la fin de son cycle de vie, elle subira un effondrement gravitationnel. À ce stade, en supposant que suffisamment de masse est présente, cet effondrement déclenchera la formation d'un trou noir. Les astronomes ont longtemps cherché à savoir quand et comment se forme un trou noir.
Et pourquoi pas? Être témoin de la formation d'un trou noir ne serait pas seulement un événement étonnant, il conduirait également à un trésor de découvertes scientifiques. Et selon une étude récente d'une équipe de chercheurs de l'Ohio State University à Columbus, nous avons peut-être finalement fait exactement cela.
L'équipe de recherche était dirigée par Christopher Kochanek, professeur d'astronomie et éminent chercheur à l'Ohio State. À l'aide d'images prises par le grand télescope binoculaire (LBT) et le télescope spatial Hubble (HST), lui et ses collègues ont effectué une série d'observations d'une étoile supergéante rouge nommée N6946-BH1.
Pour briser le processus de formation des trous noirs, selon notre compréhension actuelle des cycles de vie des étoiles, un trou noir se forme après qu'une étoile de très grande masse ait subi une supernova. Cela commence lorsque l'étoile a épuisé son approvisionnement en carburant, puis subit une perte de masse soudaine, où la coque extérieure de l'étoile est perdue, laissant derrière elle une étoile à neutrons restante.
Ceci est ensuite suivi par des électrons se rattachant aux ions hydrogène qui ont été rejetés, ce qui provoque une flambée brillante. Lorsque la fusion de l'hydrogène s'arrête, le reste stellaire commence à refroidir et à s'estomper; et finalement le reste du matériau se condense pour former un trou noir.
Cependant, ces dernières années, plusieurs astronomes ont émis l'hypothèse que dans certains cas, les étoiles connaîtront une supernova défaillante. Dans ce scénario, une étoile de très haute masse termine son cycle de vie en se transformant en trou noir sans que l'éclatement massif d'énergie habituel ne se produise au préalable.
Comme l'équipe de l'Ohio l'a noté dans son étude - intitulée «La recherche de supernovae défaillantes avec le grand télescope binoculaire: confirmation d'une étoile disparue» - c'est peut-être ce qui est arrivé à N6946-BH1, une supergéante rouge qui a 25 fois la masse de notre Le Soleil a localisé 20 millions d'années-lumière de la Terre.
En utilisant les informations obtenues avec le LBT, l'équipe a noté que le N6946-BH1 a montré des changements intéressants dans sa luminosité entre 2009 et 2015 - lorsque deux observations distinctes ont été faites. Dans les images de 2009, N6946-BH1 apparaît comme une étoile brillante et isolée. Cela correspondait aux données d'archives recueillies par la TVH en 2007.
Cependant, les données obtenues par le LBT en 2015 ont montré que l'étoile n'était plus apparente dans la longueur d'onde visible, ce qui a également été confirmé par les données de Hubble de la même année. Les données LBT ont également montré que pendant plusieurs mois en 2009, l'étoile a connu une poussée brève mais intense, où elle est devenue un million de fois plus brillante que notre Soleil, puis s'est progressivement estompée.
Ils ont également consulté les données de l'enquête Palomar Transit Factory (PTF) pour comparaison, ainsi que les observations faites par Ron Arbour (astronome amateur britannique et chasseur de supernova). Dans les deux cas, les observations ont montré des signes d'une éruption pendant une brève période en 2009 suivie d'un fondu régulier.
En fin de compte, ces informations étaient toutes cohérentes avec le modèle échoué supernovae-trou noir. Comme le professeur Kochanek, principal auteur du document du groupe - - a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Dans l'image de formation de supernova / trou noir ratée de cet événement, le transitoire est entraîné par la supernova ratée. L'étoile que nous voyons avant l'événement est une supergéante rouge - vous avez donc un noyau compact (taille de ~ terre) hors de la coquille qui brûle de l'hydrogène, puis une énorme enveloppe étendue gonflée principalement d'hydrogène qui pourrait s'étendre à l'échelle de Jupiter. orbite. Cette enveloppe est très faiblement liée à l'étoile. Lorsque le noyau de l'étoile s'effondre, la masse gravitationnelle chute de quelques dixièmes de la masse du soleil à cause de l'énergie emportée par les neutrinos. Cette baisse de la gravité de l'étoile suffit à envoyer une faible onde de choc à travers l'enveloppe gonflée qui la fait dériver. Cela produit un transitoire frais et de faible luminosité (par rapport à une supernova, environ un million de fois la luminosité du soleil) qui dure environ un an et est alimenté par l'énergie de recombinaison. Tous les atomes de l'enveloppe gonflée étaient ionisés - des électrons non liés aux atomes - lorsque l'enveloppe éjectée se dilate et se refroidit, les électrons redeviennent tous liés aux atomes, ce qui libère de l'énergie pour alimenter les transitoires. Ce que nous voyons dans les données est cohérent avec cette image. "
Naturellement, l'équipe a examiné toutes les possibilités disponibles pour expliquer la soudaine «disparition» de l'étoile. Cela incluait la possibilité que l'étoile soit enveloppée de tant de poussière que sa lumière optique / UV était absorbée et réémise. Mais comme ils l'ont constaté, cela ne correspondait pas à leurs observations.
«L'essentiel est qu'aucun modèle utilisant de la poussière pour cacher l'étoile ne fonctionne vraiment, il semblerait donc que tout ce qui s'y trouve maintenant doit être beaucoup moins lumineux que cette étoile préexistante.» Expliqua Kochanek. «Dans le contexte du modèle de supernova défaillant, la lumière résiduelle est cohérente avec la décroissance tardive de l'émission du matériau s'accumulant sur le trou noir nouvellement formé.»
Naturellement, d'autres observations seront nécessaires avant de savoir si tel a été le cas ou non. Cela impliquerait très probablement des missions infrarouges et à rayons X, telles que le télescope spatial Spitzer et l'observatoire aux rayons X de Chandra, ou l'un des nombreux télescopes spatiaux de nouvelle génération à déployer dans les années à venir.
De plus, Kochanek et ses collègues espèrent continuer à surveiller le possible trou noir en utilisant le LBT, et en revoyant l'objet avec le HST dans environ un an. "Si c'est vrai, nous devrions continuer à voir l'objet s'estomper avec le temps", a-t-il dit.
Inutile de dire que si elle est vraie, cette découverte serait un événement sans précédent dans l'histoire de l'astronomie. Et la nouvelle a certainement suscité son lot d'enthousiasme de la communauté scientifique. Comme Avi Loeb - professeur d'astronomie à l'Université Harvard - l'a expliqué à Space Magazine par e-mail:
«L'annonce de la découverte potentielle d'une étoile qui s'est effondrée pour faire un trou noir est très intéressante. Si c'est vrai, ce sera la première vue directe de la salle d'accouchement d'un trou noir. L'image est quelque peu désordonnée (comme toute salle d'accouchement), avec des incertitudes sur les propriétés du bébé qui a été accouché. La façon de confirmer la naissance d'un trou noir est de détecter les rayons X.
«Nous savons que des trous noirs de masse stellaire existent, plus récemment grâce à la découverte d'ondes gravitationnelles issues de leur coalescence par l'équipe LIGO. Il y a près de quatre-vingts ans, Robert Oppenheimer et ses collaborateurs ont prédit que des étoiles massives pourraient s'effondrer en trous noirs. Maintenant, nous pourrions avoir la première preuve directe que le processus se produit réellement dans la nature.
Mais bien sûr, nous devons nous rappeler que compte tenu de sa distance, ce que nous pourrions voir avec N6946-BH1 s'est produit il y a 20 millions d'années. Du point de vue de ce trou noir potentiel, sa formation est donc une vieille nouvelle. Mais pour nous, cela pourrait être l'une des observations les plus révolutionnaires de l'histoire de l'astronomie.
Tout comme l'espace et le temps, la signification est relative à l'observateur!
