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Un trou noir qui fait plus de 500 fois la masse du Soleil, intermédiaire
entre le trou noir qui se forme après la mort d’une étoile massive
et le trou noir supermassif que l’on trouve au centre de la plupart
des galaxies : c’est ce « chaînon manquant » que vient d’observer
une équipe internationale1 menée par des chercheurs du de Toulouse. Cette première
a été réalisée grâce à des observations du satellite XMM-Newton
de l’ESA.
Ce résultat sera publié dans le magazine Nature du 02/07/2009.
Les astrophysiciens ont montré qu’il existe deux types de trous noirs : les trous noirs supermassifs au
centre des galaxies, de plusieurs millions à plusieurs milliards de masses solaires ; et les trous noirs de
masse stellaire, de 3 à 20 masses solaires, qui sont les restes des étoiles massives.
Peut-il y avoir des trous noirs de masse intermédiaire, d’une centaine de masses solaires à quelques
centaines de milliers de masses solaires ? Ces trous noirs de masse intermédiaire pourraient-ils, en
s’agglomérant, former les trous noirs supermassifs du centre des galaxies ? Ces questions jusqu’à
présent restaient sans réponse car aucun trou noir de masse intermédiaire n’avait été clairement
identifié.
Une équipe internationale menée par des chercheurs du Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements
(INSU-CNRS, Université Paul Sabatier) a analysé des données de XMM-Newton, l’observatoire spatial
en rayons X de l’Agence Spatiale Européenne et détecté une source dont l’émission en rayons X
semblait être celle d'un trou noir. Cette source baptisée HLX-1 se situe dans la périphérie de la galaxie
ESO 243-49, à 290 millions d'années-lumière de nous. Sa luminosité en rayons X est exceptionnelle : à
peu près 260 millions de fois la luminosité totale du Soleil. Mais sa position excentrée exclut qu’elle soit
associée au noyau central de la galaxie.
Grâce à deux observations effectuées le 23 novembre 2004 et le 28 novembre 2008 avec XMMNewton,
l'équipe a montré qu’HLX-1 était variable, ce qui permet d’exclure qu’elle soit la superposition
de multiples sources X. La luminosité extrême, ainsi que les propriétés de l’émission X observée ne
peuvent alors s’expliquer que par la présence d’un trou noir d’une masse supérieure à 500 masses
solaires. Ceci fait d’HLX-1 le candidat le plus solide détecté à ce jour de la classe si longtemps
recherchée des trous noirs de masse intermédiaire.
Les trous noirs supermassifs sont omniprésents au centre des galaxies ; notre Galaxie, la Voie lactée,
n’échappe pas à la règle. Pourtant leur mécanisme de formation est encore une question ouverte. La
découverte d’HLX-1 constitue donc une étape essentielle qui permettra de mieux comprendre si, et
comment, les trous noirs de masse intermédiaire jouent un rôle dans la formation des trous noirs
supermassifs .
XMM-Newton
XMM-Newton a été lancé le 10 décembre 1999 par une fusée Ariane 5. Long de 10 m pour une masse de plus de 3 tonnes, il évolue depuis sur une orbite fortement elliptique qu'il décrit en 48 heures. Au plus près, il passe à 7000 km de la Terre et s'en éloigne jusqu'à 14.000 km. La grande sensibilité de l'instrument lui permet de découvrir à chaque pointage plusieurs dizaines de nouvelles sources X autour d'une cible principale.
XMM-Newton est équipé d'un ensemble de trois caméras CCD à rayons X, de deux spectromètres et d'un télescope optique capables d'observer simultanément leurs cibles depuis le rayonnement X jusqu'au domaine du visible en passant par l'ultraviolet. Les spectromètres révèlent la composition chimique des sources observées tout en étant capables de mesurer la température et le déplacement de ces mêmes sources.
Il s'agit de l'observatoire spatial de ce type le plus pointu jamais mis en service. A ce jour il a détecté plus de sources X que n'importe quel autre satellite.
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