Gaia discovers a new family of black holes
Gaia découvre une nouvelle famille de trous noirs
par l'Agence spatiale européenne
PHOTO/L'emplacement des deux premiers trous noirs découverts par la mission Gaia de l'ESA dans la Voie lactée. Cette carte de notre galaxie a également été réalisée par la mission Gaia. Gaia Black Hole 1 est situé à seulement 1560 années-lumière de nous dans la direction de la constellation Ophiuchus et Gaia Black Hole 2 est à 3800 années-lumière dans la constellation du Centaure. En termes galactiques, ces trous noirs résident dans notre arrière-cour cosmique. Crédit : ESA/Gaia/DPAC ; CC BY-SA 3.0 IGO, CC BY-SA 3.0 IGO
Les deux trous noirs ont été découverts en étudiant le mouvement de leurs étoiles compagnes. Une "oscillation" étrange dans le mouvement des étoiles sur le ciel a indiqué qu'elles sont en orbite autour d'un objet très massif. Dans les deux cas, les objets sont environ dix fois plus massifs que notre soleil. D'autres explications pour ces compagnons massifs, comme les systèmes à double étoile, ont été écartées car ils ne semblent pas émettre de lumière.
Jusqu'à récemment, tous les trous noirs que les astronomes connaissaient ont été découverts par émission de lumière - généralement aux longueurs d'onde des rayons X et radio - produite par la chute de matière. Les nouveaux trous noirs sont vraiment noirs et ne peuvent être détectés que par leurs effets gravitationnels. La distance des étoiles au trou noir et les orbites des étoiles autour d'elles sont beaucoup plus longues que pour d'autres systèmes binaires connus de trous noirs et d'étoiles. Ces paires étoile-trou noir plus proches, appelées binaires à rayons X, ont tendance à être très brillantes dans les rayons X et la lumière radio, et donc plus faciles à trouver. Mais les nouvelles découvertes suggèrent que les trous noirs dans des binaires plus larges sont plus courants.
"Ce qui distingue ce nouveau groupe de trous noirs de ceux que nous connaissions déjà, c'est leur large séparation d'avec leurs étoiles compagnes. Ces trous noirs ont probablement une histoire de formation complètement différente de celle des binaires à rayons X", explique Kareem El-Badry, découvreur. des nouveaux trous noirs et chercheur au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics aux États-Unis et à l'Institut Max-Planck d'astronomie à Heidelberg, en Allemagne. La recherche est publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Les trous noirs ont été découverts à l'aide des données de Gaia. Gaia mesure avec précision les positions et les mouvements de milliards d'étoiles. Le mouvement des étoiles contre le ciel peut donner des indices essentiels sur les objets qui influencent gravitationnellement ces étoiles. Ces objets peuvent inclure d'autres étoiles, des exoplanètes et également des trous noirs.
"La précision des données de Gaia était essentielle pour cette découverte. Les trous noirs ont été trouvés en repérant la minuscule oscillation de son étoile compagne en orbite autour d'elle. Aucun autre instrument n'est capable de telles mesures", explique Timo Prusti, scientifique du projet Gaia de l'ESA.
Gaia a fourni des mesures précises du mouvement dans trois directions, mais pour comprendre plus précisément comment les étoiles s'éloignaient et se rapprochaient de nous, des mesures supplémentaires de vitesse radiale étaient nécessaires. Les observatoires au sol les ont fournis pour les trous noirs nouvellement découverts, ce qui a donné le dernier indice pour conclure que les astronomes avaient détecté des trous noirs.
Trous noirs invisibles
Les trous noirs ne sont souvent pas complètement invisibles. Lorsque du matériel tombe sur eux, ils peuvent émettre de la lumière par radio et par rayons X. Pour le deuxième trou noir de Gaia, l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et le radiotélescope sud-africain MeerKAT au sol ont cherché cette lumière, mais ils n'ont pu détecter aucun signal.
"Même si nous n'avons rien détecté, cette information est incroyablement précieuse car elle nous en dit long sur l'environnement autour d'un trou noir. Il y a beaucoup de particules provenant de l'étoile compagne sous la forme de vent stellaire. Mais parce que nous n'arrivons pas à voir n'importe quelle lumière radio, cela nous dit que le trou noir n'est pas un grand mangeur et que peu de particules traversent son horizon des événements. Nous ne savons pas pourquoi, mais nous voulons le découvrir », explique Yvette Cendes qui a aidé à découvrir le deuxième trou noir et est astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics aux États-Unis.
Le nouveau type de trou noir n'émet aucune lumière, ce qui les rend pratiquement invisibles, probablement parce qu'ils sont beaucoup plus éloignés de leurs étoiles compagnes. Gaia BH1 et Gaia BH2 ont les orbites les plus largement séparées de tous les trous noirs connus. Le fait qu'ils soient également les trous noirs connus les plus proches de la Terre suggère que de nombreux autres trous noirs similaires dans de larges binaires attendent toujours d'être découverts.
"C'est très excitant car cela implique maintenant que ces trous noirs sur de larges orbites sont en fait communs dans l'espace - plus communs que les binaires où le trou noir et l'étoile sont plus proches. Mais le problème est de les détecter. La bonne nouvelle est que Gaia est toujours en prenant des données, et sa prochaine publication de données (en 2025) contiendra beaucoup plus de ces étoiles avec de mystérieux compagnons de trou noir", explique Yvette.
La prochaine publication de données de Gaia sera basée sur 66 mois d'observations et contiendra des informations améliorées sur les orbites des étoiles. En attendant, les astronomes seront occupés à déterminer d'où viennent ces trous noirs en orbite large.
Kareem El-Badry souligne : "Nous soupçonnions qu'il pouvait exister des trous noirs dans des systèmes plus larges, mais nous n'étions pas sûrs de la façon dont ils se seraient formés. Leur découverte signifie que nous devons adapter nos théories sur l'évolution des systèmes stellaires binaires tels qu'ils sont. pas encore clair comment ces systèmes se forment."
"Le Consortium de traitement et d'analyse des données de Gaia développe des méthodes pour identifier les binaires astrométriques avec des compagnons compacts. Nous prévoyons de fournir un bon échantillon de candidats dans la prochaine publication des données de Gaia", déclare Tsevi Mazeh, membre de l'équipe de l'Université de Tel Aviv. La communauté scientifique attend avec impatience d'élargir encore cette nouvelle population de trous noirs dormants.
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COMMENTAIRES
Les deux trous noirs n'ont été découverts qu'en étudiant le mouvement de leurs étoiles compagnes. Une étrange "oscillation" dans le mouvement des étoiles dans le ciel a indiqué qu'elles sont en orbite autour d'un objet très massif. Dans les deux cas, les objets sont environ dix fois plus massifs que notre Soleil.Ma Mais le problème est de savoir discriminer cette ''étrangeté'' .. Avec quelle qualité la détecte t on ?? Réponse l;a précision des mesure de distance ...donc d angles par la methode de la parallaxe (L'objet dont on veut mesurer la distance est observé deux fois à six mois d'intervalle. Grâce à la configuration des étoiles en arrière-plan, on peut calculer les angles ABE et BAE, puis en déduire la parallaxe θ. On a alors la relation D = R / θ (θ en radians).)
1/Quelle est la précision de Gaia Parallax ?
Pour les parallaxes, les incertitudes sont généralement d'environ 0,04 mas pour les sources plus lumineuses que ~ 14 mag, d'environ 0,1 mas pour les sources d'une magnitude G d'environ 17 et d'environ 0,7 mas à l'extrémité faible, d'environ 20 mag.
2 /Quelle novation apporte cette découverte ?La probabilité d' un nombre plus importat de trous noirs restant invisibles
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More information: Kareem El-Badry et al, A red giant orbiting a black hole, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad799
Journal information: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Provided by European Space Agency
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