En analysant les données brutes du satellite européen Gaia, la collaboration DPAC découvre un trou noir de type stellaire dont la masse exceptionnelle défie les prédictions théoriques. Annie Robin, Directrice de recherche au CNRS, Céline Reylé, Astronome, et Gauthier Lecoutre, Ingénieur, tous membres de l’Institut UTINAM, cosignent l’article scientifique sur cette découverte.
Les trous noirs d’origine stellaire naissent de l’effondrement des étoiles massives en fin de vie. Les modèles théoriques estiment qu’il pourrait y avoir environ une centaine de millions de ces trous noirs dans notre galaxie, la Voie lactée. Cependant, jusqu’à présent, seuls une vingtaine ont été observés, principalement dans des systèmes binaires émettant des rayons X. Ces rayons sont causés par la matière perdue par l’étoile et aspirée par le trou noir autour duquel elle orbite. Les trous noirs “dormants”, qui n’émettent aucun rayonnement faute d’une étoile compagne proche, sont particulièrement difficiles à détecter.
Le satellite européen Gaia, lors de son relevé astrométrique et spectroscopique des dix dernières années, s’est révélé idéal pour repérer ces trous noirs dormants. En 2023, les données du troisième catalogue Gaia (Gaia DR3) ont permis de découvrir les deux premiers trous noirs dormants de notre galaxie, baptisés Gaia BH1 et Gaia BH2. Dans le cadre de la préparation du quatrième catalogue Gaia, DR4, prévu pour la fin 2025, de nouveaux tests de validation ont été effectués. Au cours de ces travaux, un nouveau système binaire abritant un trou noir dormant, nommé Gaia BH3, a été découvert dans la constellation de l’Aigle, à environ 2 000 années-lumière de la Terre.
La masse de Gaia BH3 est estimée à près de 33 fois celle du Soleil, ce qui est exceptionnel et dépasse largement celle des autres trous noirs d’origine stellaire connus dans notre galaxie, typiquement inférieure à 10 masses solaires. Il est le seul trou noir stellaire connu dans notre galaxie à avoir une masse comparable à ceux détectés dans des galaxies lointaines par d’autres moyens, tels que les ondes gravitationnelles. De plus, sa masse est supérieure aux prédictions de la plupart des modèles d’évolution stellaire.
L’étoile compagne orbitant autour de Gaia BH3 est identifiée comme une vieille étoile du halo stellaire galactique, caractérisée par sa faible teneur en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. Cela suggère que le trou noir a été formé à partir d’une étoile massive similairement pauvre en ces éléments.
La découverte de Gaia BH3 confirme également l’hypothèse selon laquelle les trous noirs de grande masse, observés via les ondes gravitationnelles en dehors de notre galaxie, ont été formés par l’effondrement gravitationnel d’étoiles massives pauvres en éléments lourds. Cette découverte révolutionne notre compréhension de l’évolution des étoiles massives en trous noirs et ouvre de nouvelles perspectives de recherche.
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