Les trous noirs sont des objets si massifs que même la lumière, et encore moins la matière physique, n’est censée échapper à son attraction gravitationnelle. Pourtant, parfois, on crache inexplicablement des jets de rayonnement et de matière ionisée dans l’espace. Miller-Jones et son équipe voulaient enquêter sur la façon dont la matière est aspirée et expulsée des trous noirs, ils ont donc examiné de plus près Cygnus X-1.
Ils ont observé le trou noir pendant six jours à l’aide du Very Long Baseline Array, un réseau de 10 radiotélescopes situés à travers l’Amérique du Nord, d’Hawaï aux îles Vierges. La résolution est comparable à ce qui serait nécessaire pour repérer un objet de 10 centimètres sur la lune, et c’est la même technique que le télescope Event Horizon a utilisé pour prendre la première photo d’un trou noir.
En utilisant une combinaison de mesures impliquant des ondes radio et des températures, l’équipe a modélisé les orbites précises du trou noir du Cygnus X-1 et de l’étoile super géante massive HDE 226868 (les deux objets gravitent l’un vers l’autre). Connaître les orbites de chaque objet a permis à l’équipe d’extrapoler leurs masses – dans le cas du trou noir, 21 masses solaires, ce qui est environ 50% plus qu’une fois pensé.
La masse des trous noirs dépend de quelques facteurs, en particulier la taille de l’étoile qui s’est effondrée dans le trou noir et la quantité de masse qui s’érode sous la forme d’un vent stellaire. Les étoiles plus chaudes et plus brillantes ont tendance à produire des vents stellaires plus volatils, et elles ont également tendance à être plus lourdes. Ainsi, plus une étoile est massive, plus elle a tendance à perdre de la masse par vent stellaire avant et pendant son effondrement, ce qui entraîne un trou noir plus léger.
Mais en général, les scientifiques pensaient que les vents stellaires dans la Voie lactée étaient suffisamment forts pour limiter la masse des trous noirs à pas plus de 15 masses solaires, quelle que soit la taille des étoiles à l’origine. Les nouvelles découvertes renversent clairement ces estimations.
«La découverte d’un trou noir nettement plus massif que cette limite nous indique que nous devons réviser nos modèles de la masse de masse que les plus grandes étoiles perdent dans les vents stellaires au cours de leur vie», explique Miller-Jones. Cela peut signifier que les vents stellaires qui se déplacent dans la Voie lactée sont moins puissants que nous le pensions, ou que les étoiles massent l’hémorragie d’une autre manière. Ou cela pourrait signifier que les trous noirs se comportent de manière plus erratique que nous ne pouvons l’imaginer.
L’équipe prévoit de poursuivre avec plus d’observations de Cygnus X-1. D’autres instruments, tels que le Square Kilometer Array prévu en Australie et en Afrique du Sud, pourraient fournir une meilleure vue de ce trou noir et d’autres à proximité. Il pourrait y avoir entre 10 millions et un milliard les trous noirs de la Voie lactée, et en étudier au moins quelques autres pourrait aider à éclaircir ce mystère.
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