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Les trous noirs de masse intermédiaire enfin mis en évidence

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 Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements 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 XMM-Newton, 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 .
« An Intermediate Mass Black Hole of ? 500 Solar Masses in the Galaxy ESO 243-49 ». Sean A. Farrell, Natalie A. Webb, Didier Barret, Olivier Godet & Joana M. Rodrigues. Nature 02/07/2009.

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