Impression d’artiste des objets G, avec les centres rougeâtres, orbitant autour du trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Le trou noir est représenté comme une sphère sombre à l’intérieur d’un anneau blanc (au-dessus du milieu du rendu). (Image : Jack Ciurlo)
Les astronomes de la Galactic Center Orbits Initiative de l’UCLA ont découvert une nouvelle classe d’objets étranges au centre de notre galaxie, non loin du trou noir supermassif appelé Sagittaire A*.
Ils ont publié leurs recherches dans la revue Nature. « Ces objets ressemblent à des gaz et se comportent comme des étoiles », ont déclaré Andrea Ghez professeur de physique et d’astronomie à l’université de Californie et co-auteur de l’étude, Lauren B. Leichtman, et Arthur E. Levine de l’UCLA, professeur d’astrophysique et directeur du groupe du Centre galactique de l’UCLA.
Les nouveaux objets sont compacts la plupart du temps et s’étirent lorsque leurs orbites les rapprochent du trou noir. Leurs orbites s’étendent sur une période d’environ 100 à 1 000 ans, a déclaré l’auteur principal Anna Ciurlo, chercheuse postdoctorale de l’UCLA. Le groupe de recherche d’Andrea Ghez a identifié en 2005 un objet inhabituel au centre de notre galaxie, qui a par la suite été nommé G1. En 2012, des astronomes allemands ont fait une découverte surprenante d’un objet bizarre nommé G2 au centre de la Voie lactée, qui s’est approché du trou noir supermassif en 2014.
Mme Ghez et son équipe de recherche pensent que G2 était très probablement constitué de deux étoiles qui ont tourné en tandem autour du trou noir et ont fusionné en une étoile extrêmement grande, recouverte de gaz et de poussière d’une épaisseur inhabituelle. Le professeur Ghez a déclaré : « Au moment de l’approche maximale, G2 avait une toute nouvelle caractéristique. Nous l’avions déjà vu auparavant, mais il n’avait pas l’air trop particulier jusqu’à ce qu’il s’approche du trou noir et s’allonge, et qu’une grande partie de son gaz soit déchirée. Il est passé d’un objet assez inoffensif lorsqu’il était loin du trou noir à un objet qui était vraiment allongé et déformé à son approche maximale et qui a perdu son enveloppe extérieure, et maintenant il redevient plus compact ».
Le co-auteur Mark Morris, professeur de physique et d’astronomie à l’UCLA, a ajouté : « L’une des choses qui a enthousiasmé tout le monde à propos des objets G est que la matière qui est arrachée par les forces d’attraction lorsqu’ils passent par le trou noir central doit inévitablement tomber dans le trou noir. Lorsque cela se produit, il pourrait être en mesure de produire un impressionnant feu d’artifice puisque la matière avalée par le trou noir va se réchauffer et émettre d’abondantes radiations avant de disparaître à l’horizon de la manifestation ».
Mais les objets G2 et G1 sont-ils des exceptions ou font-ils partie d’une catégorie d’objets plus large ? En réponse à cette question, le groupe de recherche du professeur Ghez rapporte l’existence de quatre autres objets qu’ils appellent G3, G4, G5 et G6. Les chercheurs ont déterminé chacune de leurs orbites. Alors que G1 et G2 ont des orbites similaires, les quatre nouveaux objets ont des orbites très différentes.
Orbites des objets G au centre de notre galaxie, avec le trou noir supermassif indiqué par une croix blanche. Les étoiles, le gaz et la poussière sont à l’arrière-plan. (Image : Anna Ciurlo, Tuan Do / UCLA Galactic Center Group)
Le professeur Ghez pense que les six objets étaient des étoiles binaires – un système de deux étoiles en orbite l’une autour de l’autre – qui ont fusionné en raison de la forte force gravitationnelle du trou noir supermassif. La fusion de deux étoiles prend plus d’un million d’années. Le professeur ajoute : « Les fusions d’étoiles peuvent se produire dans l’univers plus souvent que nous le pensions, et sont probablement assez courantes. Les trous noirs peuvent conduire les étoiles binaires à fusionner. Il est fort possible que beaucoup d’étoiles que nous avons observées et dont nous n’avons pas saisi le fonctionnement soient le produit final de fusions qui sont désormais passées. Nous apprenons comment les galaxies et les trous noirs évoluent. La façon dont les étoiles binaires interagissent entre elles et avec le trou noir est très différente de la façon dont les étoiles simples interagissent avec d’autres étoiles simples et avec le trou noir ».
M. Ciurlo a noté que si le gaz de l’enveloppe extérieure du G2 s’est considérablement étiré, la poussière à l’intérieur du gaz ne s’est pas beaucoup étirée, ajoutant : « Quelque chose a dû le maintenir compact et lui permettre de survivre à sa rencontre avec le trou noir. C’est la preuve qu’il y a un objet stellaire à l’intérieur de G2. L’ensemble de données unique que le groupe du professeur Ghez a rassemblé pendant plus de 20 ans est ce qui nous a permis de faire cette découverte. Nous avons maintenant une population d’objets " G ", il ne s'agit donc pas d’expliquer un " événement ponctuel " comme G2 ».
Les chercheurs ont fait des observations depuis l’observatoire W.M. Keck à Hawaii et ont utilisé une puissante technologie dont Mme Ghez a permis le développement, appelée l’optique adaptative, qui corrige en temps réel les effets de distorsion de l’atmosphère terrestre. Ils ont effectué une nouvelle analyse de 13 années de leurs données UCLA Galactic Center Orbits Initiative. En septembre 2019, l’équipe d’Andrea Ghez a signalé que le trou noir devenait de plus en plus affamé mais on ne peut pour le moment en expliquer les raisons.
Ci-dessous une animation des orbites des objets G, ainsi que les orbites des étoiles proches du trou noir supermassif. (Image : Laboratoire de visualisation avancée, Centre national pour les applications de superinformatique, Université de l’Illinois) :
L’étirement du G2 en 2014 a semblé retirer du gaz qui pourrait avoir été récemment avalé par le trou noir, a déclaré le co-auteur Tuan Do, chercheur à l’UCLA et directeur adjoint du Galactic Center Group. Les fusions d’étoiles pourraient alimenter le trou noir. L’équipe a déjà identifié quelques autres objets qui seraient susceptibles de faire partie de cette nouvelle classe d’objets, et continue de les analyser. Le professeur Ghez a noté que le centre de la galaxie de la Voie lactée est un environnement extrême, par rapport à notre coin de l’univers moins mouvementé, disant : « La Terre est en banlieue par rapport au centre de la galaxie, qui se trouve à environ 26 000 années-lumière. Le centre de notre galaxie a une densité d’étoiles 1 milliard de fois plus élevée que celle de notre partie de la galaxie. L’attraction gravitationnelle est tellement plus forte. Les champs magnétiques sont plus extrêmes. Le centre de la galaxie est l’endroit où se produit l’astrophysique extrême – les sports extrêmes de l’astrophysique ».
Le professeur Ghez a déclaré que cette recherche nous aidera à apprendre ce qui se passe dans la majorité des galaxies.
