Un amas d’étoiles pelucheux qui se répand dans le ciel peut avoir un secret caché en son cœur : un essaim de plus de 100 trous noirs de masse stellaire.
L’amas d’étoiles en question s’appelle Palomar 5. Il s’agit d’un flux stellaire qui s’étend sur 30 000 années-lumière et se situe à environ 80 000 années-lumière.
De tels amas globulaires sont souvent considérés comme des « fossiles » de l’Univers primitif. Elles sont très denses et sphériques, contenant généralement environ 100 000 à 1 million d’étoiles très anciennes ; quelques, comme NGC 6397sont presque aussi vieux que l’Univers lui-même.
Dans tout amas globulaire, toutes ses étoiles se sont formées en même temps, à partir du même nuage de gaz. La Voie Lactée en compte plus de 150 amas globulaires; ces objets sont d’excellents outils pour étudier, par exemple, l’histoire de l’Univers ou la teneur en matière noire des galaxies sur lesquelles ils gravitent.
Mais il existe un autre type de groupe d’étoiles qui retient davantage l’attention : les courants de marée, de longues rivières d’étoiles qui s’étendent à travers le ciel.
Auparavant, ils étaient difficiles à identifier, mais grâce aux données de l’observatoire spatial Gaia ayant cartographié la Voie lactée avec une grande précision en trois dimensions, davantage de ces flux ont été mis en lumière.
“Nous ne savons pas comment ces flux se forment, mais une idée est qu’il s’agit d’amas d’étoiles perturbés”, a déclaré l’astrophysicien Mark Gieles de l’Université de Barcelone en Espagne. expliqué en 2021 lorsque les chercheurs ont annoncé pour la première fois la découverte.
“Cependant, aucun des flux récemment découverts n’est associé à un amas d’étoiles, nous ne pouvons donc pas en être sûrs. Donc, pour comprendre comment ces flux se sont formés, nous devons en étudier un auquel est associé un système stellaire. Palomar 5 est le seul cas, ce qui en fait une pierre de Rosette pour comprendre la formation des cours d’eau et c’est pourquoi nous l’avons étudié en détail. »
Carte du plan de la Voie Lactée obtenue à partir des données du catalogue Gaia (eDR3). La partie supérieure montre une région où l’on observe l’amas d’étoiles Palomar 5 et ses queues de marée (Enquête DESI sur l’imagerie héritée, DECaLS/E. Balbinot, Gaia, DECaLS-DESI)
Palomar 5 semble unique en ce sens qu’il présente à la fois une distribution d’étoiles très large et lâche et un long courant de marée, s’étendant sur plus de 20 degrés du ciel, Gieles et son équipe se sont donc concentrés sur lui.
L’équipe a utilisé des simulations détaillées à N corps pour recréer les orbites et les évolutions de chaque étoile de l’amas, afin de voir comment elles auraient pu arriver là où elles se trouvent aujourd’hui.
Étant donné que des preuves récentes suggèrent que des populations de trous noirs pourraient exister dans les régions centrales des amas globulaires et que les interactions gravitationnelles avec les trous noirs sont connues pour faire s’éloigner les étoiles, les scientifiques ont inclus les trous noirs dans certaines de leurs simulations.
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Leurs résultats ont montré qu’une population de trous noirs de masse stellaire au sein de Palomar 5 aurait pu aboutir à la configuration que nous voyons aujourd’hui. Les interactions orbitales auraient projeté les étoiles hors de l’amas et dans le courant de marée, mais seulement avec un nombre de trous noirs nettement plus élevé que prévu.
Les étoiles s’échappant de l’amas plus efficacement et plus facilement que les trous noirs auraient modifié la proportion de trous noirs, la augmentant considérablement.
“Le nombre de trous noirs est environ trois fois plus grand que celui attendu par le nombre d’étoiles dans l’amas, ce qui signifie que plus de 20 % de la masse totale de l’amas est constituée de trous noirs.” Gieles a dit.
“Ils ont chacun une masse d’environ 20 fois celle du Soleil, et ils se sont formés lors d’explosions de supernova à la fin de la vie des étoiles massives, alors que l’amas était encore très jeune.”
D’après les simulations de l’équipe, dans environ un milliard d’années, l’amas se dissoudra complètement. Juste avant que cela n’arrive, ce qui restera de l’amas sera entièrement constitué de trous noirs, en orbite autour du centre galactique. Cela suggère que Palomar 5 n’est pas unique, après tout : il se dissoudra complètement dans un flux stellaire, tout comme d’autres que nous avons découverts.
Cela suggère également que d’autres amas globulaires connaîtront probablement le même sort à terme. Et cela confirme que les amas globulaires peuvent être d’excellents endroits pour rechercher des trous noirs qui finiront par entrer en collision, ainsi que la classe insaisissable des trous noirs de poids moyen, entre les poids légers de masse stellaire et les poids lourds supermassifs.
“On pense qu’une grande partie des fusions binaires de trous noirs se forment dans des amas d’étoiles”, a déclaré l’astrophysicien Fabio Antonini de l’Université de Cardiff au Royaume-Uni.
“Une grande inconnue dans ce scénario est le nombre de trous noirs qu’il y a dans les amas, ce qui est difficile à contraindre par observation car nous ne pouvons pas voir les trous noirs. Notre méthode nous donne un moyen de savoir combien de trous noirs il y a dans un amas d’étoiles en en regardant les étoiles qu’ils éjectent.
La recherche a été publiée dans Astronomie naturelle.
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