Chez les trous noirs, on connaissait la catégorie poids plumes : les trous noirs dits « stellaires », issus de l’explosion d’une étoile, et dont la masse atteint 3 à 20 fois celle de notre Soleil ; et la catégorie poids lourds : les trous noirs dits « supermassifs », qui se cachent au cœur des galaxies, et qui pèsent la bagatelle de plusieurs millions à plusieurs milliards de masses solaires.
Il faudra désormais compter avec la catégorie des trous noirs poids-moyens. Une équipe internationale, à laquelle participent des chercheurs du Centre d’étude spatiale des rayonnements (CESR) à Toulouse, vient de confirmer (*) la nature d’un objet baptisé HLX-1. Il s’agit d’un trou noir d’une masse estimée à environ 500 fois celle du Soleil, ce qui en fait le premier représentant d’une nouvelle catégorie : les trous noirs poids moyens ou, comme les appellent les scientifiques moins sportivement : trous noirs « de masse intermédiaire ».
Mais comment détecter un trou noir, alors que l’attraction exercée par ces objets est telle que rien, pas même la lumière, ne peut en sortir ? La solution : observer la matière qui gravite autour de ce trou noir avant de s’y engouffrer. Elle est portée à de telles températures qu’elle rayonne dans différentes longueurs d’ondes, notamment dans celle des invisibles rayons X. C’est donc indirectement qu’on peut conclure à la présence d’un trou noir.
Les télescopes géants à la rescousse
« Nous avions découvert cet objet dans les observations effectuées par le télescope spatial XMM-Newton, qui détecte le rayonnement X, précise Olivier Godet, chercheur au CESR et enseignant à l’Université Paul-Sabatier. Quand on a regardé dans les longueurs d’onde du domaine visible la région du ciel où il se trouve, on est tombé sur la galaxie ESO 243-49, à plus de 300 millions d’années-lumière. La question était : est-ce que HLX-1 se trouve bien dans cette galaxie, ou est-il complètement étranger à celle-ci, parce que beaucoup plus en avant-plan sur notre ligne de visée ? ».
La découverte par une équipe de chercheurs concurrente d’une très faible émission de lumière par l’objet dans le domaine « optique » les a mis sur la voie. Mais la confirmation exigeait un instrument conséquent : le Very Large Telescope (VLT) au Chili (4 télescopes de 8m de diamètre). Une technique originale a permis à l’équipe à laquelle appartient Olivier Godet d’ « éteindre » la galaxie, c’est-à-dire de supprimer sa lumière. L’émission de HLX-1 est alors apparue, et les mesures ont révélé qu’elle se trouvait à la même distance que ESO 243-49. L’objet appartient donc bien à la galaxie en question.
« Nous cherchons maintenant dans les observations de XMM-Newton d’autres objets de ce type dans des galaxies lointaines. Malheureusement, on n’en a pas découvert dans notre galaxie, la Voie Lactée » précise Olivier Godet.
Une origine mystérieuse
D’où viennent donc ces trous noirs de masse intermédiaire ? Peut-être de l’explosion d’une étoile très massive, de près de 100 fois la masse du Soleil. Mais ils ont aussi pu apparaître, selon le chercheur toulousain, au cours de la formation d’amas d’étoiles à partir de gigantesques nuages de gaz : au centre de l’amas, ce gaz a pu se concentrer suffisamment pour de former directement un trou noir.
Autre question fondamentale pour les scientifiques : les trous noirs de masse intermédiaire sont-ils les briques qui, en s’assemblant, ont fini par donner des trous noirs supermassifs ? « C’est possible, car des simulations informatiques récentes ont montré que si l’on fait fusionner des galaxies qui contiennent des trous noirs de masse intermédiaire, alors certains de ces trous noirs peuvent fusionner entre eux », souligne Olivier Godet. Tester cette hypothèse nécessitera l’observation de nombreuses galaxies lointaines.
Dans l’immédiat, l’équipe va essayer de déterminer l’environnement de HLX-1, qui pourrait se trouver dans un amas d’étoiles âgées, et d’estimer plus précisément sa masse. Pour en avoir le cœur net, des observations avec le télescope spatial Hubble et des radiotélescopes sont sur le point de démarrer.