D'étranges objets stellaires encore jamais observés découverts au centre de notre galaxie

Plusieurs années durant, des objets “étranges”, “inconnus” voire “bizarres” ont été observés se trouvant en orbite autour du trou noir de la Voie lactée. Bien que ces objets semblent liés entre eux, les scientifiques les ayant découverts ont du mal à véritablement définir leur nature mystérieuse, entre nuage de gaz et de poussière et étoiles. Ces recherches fastidieuses et longues de treize ans font l’objet d’une étude publiée dans la revue Nature le 15 janvier 2020.

DES ASTRES MYSTÉRIEUX…

Les chercheurs de l’université de Californie à Los Angeles (UCLA), supervisés par Andrea Ghez, ont observé ces astres mystérieux dans les régions centrales de la Voie lactée. « Récemment, deux objets inhabituels ont été trouvés en orbite étroite autour de Sagittarius A*. » Sagittarius A* est un trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. C’est un astre dont la masse équivaut à près de 4 millions de fois celle du Soleil, notent les auteurs. Le premier objet, nommé à ce jour « G1 », a été découvert en 2005, le deuxième (G2) en 2012 et les quatre derniers (G3, G4, G5, G6) très récemment. La nouvelle étude, qui rapporte la découverte de ces quatre derniers objets, montre qu’ils ont des points communs avec les deux premiers, et « suffisamment pour justifier qu’ils soient définis comme les membres d’une nouvelle catégorie commune », écrivent les chercheurs. C’est d’ailleurs pour cette raison qu’ils ont été nommés G3, G4, G5 et G6. Voici les différentes caractéristiques communes aux six objets :

Ils sont tous d’aspect similaire, soit environ 100 unités astronomiques de diamètre ;
Ils mesurent l’équivalent de 50 fois la taille de l’orbite terrestre ;
Ils se trouvent dans un rayon de moins de 0,13 année-lumière autour du trou noir supermassif de la Voie lactée.

Ces astres ont été étudiés depuis l’observatoire W. M. Keck, situé sur le mont Mauna Kea à Hawaï, pendant 13 années au total. Le plus difficile était de faire la différence entre de simples objets cosmiques et un amas d’étoiles. Pour cela, les chercheurs ont utilisé OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Integral Field Spectrograph), un instrument du téléscope permettant de distinguer les spectres des objets et ceux des étoiles.

… À LA NATURE INDÉFINIE

Toutefois, la nature de ces objets reste indéfinie. « Aucun consensus général n’a encore été atteint concernant leur nature : les objets G montrent des caractéristiques de nuages de gaz et de poussière mais présentent les propriétés dynamiques des objets de masse stellaire », écrivent les chercheurs. Cela signifie que les objets ont l’aspect de nuages de gaz ou de poussière, mais ont des comportements beaucoup plus similaires à ceux des étoiles. Ces objets semblent avoir la compacité des étoiles mais aussi s’étirer lorsqu’ils sont à proximité du trou noir.

Andrea Ghez et sa collègue Anna Ciurlo émettent donc l’hypothèse que ces objets sont d’anciennes étoiles binaires ayant fusionné à la suite d’un passage près du trou noir supermassif, à la force gravitationnelle très importante. Des étoiles binaires peuvent être définies comme étant un système formé par deux étoiles en orbite autour d’un même centre. La découverte de ces objets en orbite autour de Sagittarius A* pourrait aussi montrer que les fusions d’étoiles dans l’Univers seraient plus fréquentes et habituelles qu’on ne le pense.

D’ANCIENNES ÉTOILES AYANT FUSIONNÉ ?

Andrea Ghez explique ainsi que « les fusions d’étoiles peuvent se produire dans l’Univers plus souvent que nous ne le pensions, et sont probablement assez courantes. Les trous noirs peuvent conduire les étoiles binaires à fusionner. Il est possible que bon nombre des étoiles, que nous regardons et que nous ne comprenons pas, soient le résultat final de fusions. Nous apprenons comment les galaxies et les trous noirs évoluent. La façon dont les étoiles binaires interagissent entre elles et avec un trou noir est très différente de la façon dont les étoiles ordinaires interagissent avec d’autres étoiles ordinaires et avec un trou noir. »

Sa collègue Anna Ciurlo ajoute que si les observations prouvent que la couche de gaz extérieure de G2 a bien été étirée de manière spectaculaire lors de son passage à proximité du trou noir supermassif, la dispersion de sa poussière à l’intérieur ne s’est pourtant pas beaucoup étendue. L’astrophysicienne en conclut donc que « quelque chose a dû le garder compact et lui permettre de survivre à sa rencontre avec le trou noir. C’est la preuve de la présence d’un objet stellaire à l’intérieur de G2. »

CE QUI A SUSCITÉ LES INTERROGATIONS DES CHERCHEURS

Il y a quelques années, tout indiquait que G2 allait passer si près de Sagittarius A* qu’il aurait été détruit par les différentes forces intrinsèques du trou noir. Ce dernier allait dévorer l’astre G2 (qu’on pensait alors être un nuage de gaz et de poussière). Les chercheurs auraient alors pu travailler plus en détail les conséquences de l’absorption de matière par un trou noir supermassif, et ce, au moyen d’un disque d’accrétion. Le résultat obtenu est souvent la création d’un quasar.

Le fait qu’il ne soit pas détruit implique donc qu’il était plus dense qu’on ne l’imaginait : il ne pouvait donc pas être un simple nuage. S’il n’a pas été détruit, cela prouve que la propre gravité de cet objet devait être assez intense du fait de sa densité pour résister aux forces de marée du trou noir. Le nom donné à ce “non-évènement” est le suivant : il s’agit d’un “cosmic fizzle”, soit un “pétillement cosmique”.

Dans l’avenir, les astronomes vont continuer à étudier les comportements des objets G, des étoiles et du gaz autour du trou noir géant de la Voie lactée. Ils espèrent ainsi en apprendre plus sur la nature de ces objets, mais également sur la question des trous noirs supermassifs.

Par Jeanne Gosselin, le 24 janvier 2020