Des trous noirs dans les amas globulaires de la Voie lactée ?

Une vue de l'amas globulaire Messier 62. Large de moins d’une centaine d’années-lumière, M62 se trouve dans la constellation d'Ophiuchus, à
environ 22.000 années-lumière du Soleil. On pense maintenant qu'il contiendrait un trou noir stellaire, ce qui viendrait contredire les théories sur l'évolution
et la structure des amas globulaires. © Texas Tech University

Les étoiles des amas globulaires se sont formées il y a plus de 10 milliards d'années et certaines sont devenues des trous noirs. On pensait que ces astres compacts avaient dû finir par tous quitter leur lieu de naissance. Or, quelques-uns auraient peut-être été découverts dans deux amas globulaires de la Voie lactée.

Les amas globulaires sont des concentrations sphériques de quelques centaines de milliers à quelques millions d’étoiles âgées. On en connaît environ 150 en orbite autour du bulbe de la Voie lactée, mais il pourrait en exister 10 voire 20 fois plus encore non détectés. Comme ailleurs dans les galaxies, des étoiles massives ont dû s’y effondrer gravitationnellement en donnant des trous noirs, après avoir explosé en supernovae de type SN II.

Or, selon les calculs inspirés de la théorie cinétique des gaz et des liquides, ces trous noirs stellaires ont dû finir par être éjectés des amas globulaires depuis longtemps. On ne devrait donc pas trouver de traces de leur existence dans les amas, bien que l’on estime que plusieurs centaines d’entre eux s’y seraient formés.

Des amas globulaires qui s'évaporent

Les étoiles dans un amas globulaire se comportent un peu comme des atomes dans un liquide bouillant, par exemple une tasse de café. Du fait des interactions entre les atomes du liquide, certains possèdent une telle énergie cinétique qu’ils peuvent quitter la tasse sous forme de vapeur. Dit plus simplement, le café chaud s’évapore. Un phénomène similaire se passe dans les amas qui sont si denses que les interactions gravitationnelles entre les astres les composant conduisent certains à être expulsé des amas qui s’évaporent.

Or, en 2007, des émissions de rayons X particulières ont été découvertes dans un amas globulaire en orbite autour de la galaxie NGC 4472. L’astrophysicien Thomas Maccarone et ses collègues de l’époque en avaient déduit qu’il s’agissait du rayonnement émis par du gaz chaud accrété par un trou noir dans un système binaire. Contrairement à ce que l’on pensait, il était donc possible de trouver des trous noirs dans un amas globulaire.

Des trous noirs candidats dans deux amas globulaires

L’année dernière, les chercheurs ont annoncé qu’ils en avaient trouvé probablement deux dans un amas globulaire de la Voie lactée : M22. Aujourd’hui, ils avancent que le candidat le plus sérieux au titre de trou noir dans un amas globulaire de la Voie lactée se trouve dans l’amas M62.

Comme ils l’expliquent dans un article sur arxiv, ils ont observé cet amas avec le réseau de radiotélescopes bien connu du Very Large Array (VLA). Les caractéristiques de certaines émissions associées à un objet dans cet amas ne peuvent pour le moment pas s’expliquer autrement qu’en invoquant un trou noir avalant de la matière dans un système binaire. Une contrepartie en rayons X a d’ailleurs été trouvée dans les observations du même objet avec le télescope Chandra.

Les chercheurs ne peuvent pas encore éliminer l’hypothèse que le responsable ne soit pas un trou noir mais une étoile à neutrons. On sait d’ailleurs que de tels astres compacts existent dans les amas globulaires, sans qu’il y ait de conflit avec la théorie de l’évolution de ces amas. Pour Thomas Maccarone, les trous noirs stellaires doivent bien finir par quitter les amas globulaires mais probablement à un taux moins élevé qu’on ne le croyait, ce qui fait que certains seraient encore détectables.