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Des chercheurs de l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ont mis au point une méthode qui pourrait permettre de multiplié par trois le nombre de trous noirs de masse stellaire connus.

Une nouvelle méthode pour détecter les trois noirs

Un trou noir de masse stellaire est un objet compact avec une masse supérieure à 3 masses solaires. Il est si dense et possède une force d’attraction si puissante que même la lumière ne peut s’y échapper. C’est la raison pour laquelle il ne peut pas être observé directement, mais uniquement via les effets qu’il produit, notamment sur son étoile compagnon, à partir duquel il « se nourrit ».

En général, lorsque la matière tombe sur un trou noir, elle le fait «calmement» au moyen d’un disque d’accrétion. Cependant, il y a des périodes où la chute est violente et «éclatante», produisant une forte explosion de rayons X.

Les systèmes binaires composés d’une étoile donnant une masse à un trou noir sont des laboratoires essentiels à la compréhension des phénomènes physiques les plus extrêmes de l’univers. telles que celles qui, vers la fin de la vie d’une étoile, mène à la formation du trou noir lui-même ou à une étoile à neutrons.

Jusqu’à présent, une soixantaine de candidats pour ce type de trous noirs ont été trouvés dans notre galaxie, grâce à la détection d’éruptions transitoires de rayons X, mais seulement 17 d’entre eux ont été confirmés. Ceci est dû aux difficultés rencontrées dans la manière d’étudier le mouvement de l’étoile compagnon autour du trou noir, ce qui nous permet de déduire sa masse et de confirmer le type d’objet.

Une connaissance limiter de systèmes binaires contenant un trou noir

Les chercheurs n’ont qu’une connaissance limitée de la formation et de l’évolution de ce type d’objets, en raison du faible nombre de systèmes binaires contenant un trou noir. C’est pourquoi il est important de développer de nouvelles stratégies qui nous permettront de découvrir la population «cachée» de trous noirs dans la galaxie, c’est-à-dire les objets qui sont en «hibernation» et non en phase active et qui n’émettent donc pas de rayons X.

Les chercheurs de l’IAC, Jorge Casares et Miguel A. Pérez Torres, ont testé une nouvelle technique pour détecter ces trous noirs cachés avec une combinaison de filtres centrés sur la ligne d’hydrogène H alpha. Ces mesures donnent des informations sur l’intensité et la largeur d’un disque d’accrétion autour d’un trou noir.

La ligne H alpha comme indicateur 

En particulier, la largeur de la ligne H alpha peut être utilisée comme indicateur de la force du champ gravitationnel et peut donc servir à détecter la présence d’un trou noir. Cette technique pourrait se révéler être très efficacement pour découvrir de nouveaux de trous noirs en phase inactive.

Pour montrer cela fonctionne , les chercheurs ont observé 4 systèmes avec des trous noirs déjà confirmés en utilisant un ensemble de filtres spéciaux sur un ACAM; un instrument sur le télescope de 4,2 mètres William Herschel (WHT) du groupe de télescopes Isaac Newton de l’observatoire Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Les résultats ont ensuite été comparés aux mesures directes de la largeur de la raie H alpha obtenues avec le spectrographe ISIS sur le Gran Telescopio de Canarias (GTC).

Les résultats ont démontré qu’il est pratique de mesurer la largeur de la ligne H alpha à l’aide de techniques photométriques, ce qui ouvre la voie à une détection plus efficace des trous noirs inactifs dans les systèmes binaires.

Cette méthode permettrait de détecter 50 nouveaux objets

Les chercheurs estiment qu’une analyse d’environ 1000 degrés carrés (10%) de la zone du plan galactique avec cette méthode devrait détecter au moins 50 nouveaux objets de ce type, soit trois fois plus de trous noirs actuellement connus.

Cette recherche pourrait également fournir un recensement détaillé d’autres populations galactiques, telles que des variables cataclysmiques sur une période courte, des binaires à rayons X contenant des étoiles à neutrons et des binaires ultra-compacts avec une période inférieure à une heure.

Références :

J. Casares, M.A.P. Torres, 2018, « A feasibility study on the photometric detection of quiescent black hole X-ray binaries », MNRAS, 481, 4372. DOI: 10.1093/mnras/sty2570

J. Casares, 2018, « Hibernating black holes revealed by photometric mass functions », MNRAS, 473, 5195. DOI: 10.1093/mnras/stx2690

Source : Instituto de Astrofísica de Canarias