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Certains trous noirs sont plus gros que ce que l’on peut expliquer. Ils se sont peut-être formés lors de l’effondrement d’étoiles supermassives, mais nous ne savons pas non plus comment elles se sont formées. Il semble que la réponse pourrait être que de nombreuses étoiles de taille normale se fusionnent pour en créer une plus grosse, et nous pourrions voir cela se produire avec la prochaine génération de télescopes spatiaux.

Les étoiles supermassives comment se forment-elles ?

Les astronomes ont repéré environ 200 trous noirs supermassifs – des centaines de milliers à des milliards de fois la masse du Soleil – dans l’Univers primitif, que nous pouvons voir en observant la lumière qui a voyagé pendant des milliards d’années pour nous atteindre. Si ces trous noirs se sont formés de la manière habituelle, avec une étoile normale s’effondrant sous sa propre masse, il est impossible qu’ils aient pu devenir aussi gros en si peu de temps.
Une possibilité est l’idée qu’ils se sont formés à partir d’étoiles supermassives d’une grosseur de dizaines de milliers de fois que le Soleil. « Une solution pratique consiste à avoir quelque chose de gros dès le départ et qui vous donne un coup de pouce », explique Tyrone Woods du Centre Herzberg de recherche en astronomie et astrophysique au Canada. « De cette façon, vous sautez tout un tas d’étapes. »
Mais nous ne voyons aucune de ces étoiles supermassives pour l’instant, donc nous ne savons pas comment elles pourraient se former. Zoltan Haiman, de l’université Columbia de New York, et ses collègues ont réalisé des études de modélisation de qui leur font supposer que des amas denses d’étoiles pourraient être la solution.

D’énormes nuages de gaz

Ces amas d’étoiles naissent lorsque d’énormes nuages de gaz se fragmentent en morceaux et que chaque morceau s’effondre pour devenir une étoile. L’Univers primitif était beaucoup plus compact qu’il ne l’est aujourd’hui, de sorte que ces nuages étaient probablement beaucoup plus denses dans le passé.
Cela signifie que lorsqu’un nuage de gaz formait un amas, les étoiles étaient très proches les unes des autres. La plus grosse du groupe s’enfonçait au milieu de l’amas et attirait les autres vers elle. Chaque étoile qui touche l’étoile centrale devient plus grosse et plus massives, ce qui facilite la capture des autres étoiles.
« L’étoile essaie de s’effondrer, et si vous ajoutez des choses plus rapidement qu’elle ne peut s’effondrer, vous pouvez continuer à la construire pour qu’elle ne devienne pas une étoile normale, mais un trou noir », explique Haiman. « Si elle continue à être bombardée, elle va continuer à s’agrandir.

L’étoile centrale dévore ses sœurs 

Lui et son équipe ont découvert que si l’étoile centrale dévore une de ses sœurs au moins une fois toutes les centaines de milliers d’années, elle pourrait rapidement atteindre plus de 600 000 fois la masse du Soleil avant de s’effondrer. C’est suffisamment gros pour que le trou noir qui en résulterait puisse devenir l’un des trous noirs supermassifs que nous voyons dans l’Univers primitif et aujourd’hui.
Woods et ses collègues ont modélisé la formation des étoiles supermassives d’une manière légèrement différente, par le biais d’un nuage de gaz s’effondrant pour se fondre en une seule étoile énorme. Ces étoiles devraient se nourrir de gaz plutôt que d’autres étoiles, de sorte qu’elles ne pourraient pas se développer aussi rapidement.
L’équipe de Woods a découvert qu’une fois que ces étoiles atteindraient environ 150 000 fois la masse du Soleil, elles s’effondreraient. Ce n’est pas aussi gros que les étoiles que Haiman et son équipe ont examinées, mais c’est quand même suffisant pour former la base d’un trou noir supermassif.

Les prochains télescopes nous permettront de les repérer

Ils ont également découvert que les étoiles se consument pendant un certain temps avant de devenir des trous noirs. « Ces choses vivent assez longtemps, parfois pendant un million d’années ou plus – elles ne s’effondrent pas immédiatement », explique Woods. « Ce qui signifie que nous avons en fait l’espoir de les trouver un jour. »
La prochaine génération d’énormes télescopes, comme le télescope spatial James Webb de la NASA, devrait être capable de regarder assez profondément dans les premiers instants de l’Univers pour les repérer, dit-il.
Cette recherche a été publiée dans deux revues: arXiv et The Astrophysical Journal.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay (montagne)

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