Un mystère spatial : potentiellement le trou noir le plus léger jamais trouvé.
Quelque chose d’inhabituel se produit aux confins de la Voie lactée. Dans un amas d’étoiles en périphérie de notre galaxie, les astronomes ont repéré un objet compact engagé dans une danse orbitale avec un pulsar milliseconde. Ils estiment qu’il ne peut s’agir que d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir, ce qui constituerait une découverte passionnante.
De plus, s’il s’avère être une étoile à neutrons, il pourrait être le plus massif observé jusqu’à présent. En revanche, s’il s’agit d’un trou noir, il serait le moins massif parmi ses homologues.
Une danse stellaire avec un mystérieux compagnon
Avec une masse comprise entre 2,09 et 2,71 fois celle du Soleil, cet objet se situe à la limite inférieure d’une région appelée le « fossé de masse inférieure ». Il est à noter que dans cette plage de 2,2 à 5 masses solaires, cette zone est peu peuplée de pulsars ou de trous noirs détectés.
L’astrophysicien Ben Stappers de l’Université de Manchester trouve les deux scénarios potentiels pour le compagnon fascinants. Tester les théories de la gravité avec un système pulsar-trou noir et obtenir de nouvelles perspectives sur la physique nucléaire à haute densité avec un pulsar massif sont des perspectives également séduisantes.
De plus, les étoiles à neutrons et les trous noirs entretiennent une relation étroite. Ils émergent en tant qu’entités super-denses résultant de l’effondrement gravitationnel du cœur d’une étoile massive lors de sa mort.
La principale différence réside dans la masse. Importante, la pression de dégénérescence empêche une étoile à neutrons – qui a une masse maximale d’environ 2,3 fois celle du Soleil – de s’effondrer complètement. La source de cette pression est l’impossibilité pour des particules aux propriétés quantiques comparables d’occuper le même état, y compris un espace physique particulier.
Les particules à l’intérieur d’une étoile à neutrons sont densement compactées, ressemblant à un noyau atomique colossal, comprimant les composants à leur proximité maximale.
Augmenter la masse et même la pression de dégénérescence devient insuffisante pour arrêter un effondrement ultérieur. Par conséquent, théoriquement, des noyaux plus massifs devraient subir un effondrement complet, formant des trous noirs.
Dévoiler le Compagnon Énigmatique
Bien que la limite supérieure pour la masse d’une étoile à neutrons soit d’environ 2,3 masses solaires, remarquablement peu de trous noirs ont été identifiés en dessous de cinq masses solaires. De manière intéressante, la plage inexplorée entre ces chiffres est appelée le fossé des basses masses.
Les astrophysiciens Ewan Barr et Arunima Dutta de l’Institut Max Planck d’astronomie radio, ainsi qu’une équipe internationale, ont identifié l’objet grâce à leur étude d’un pulsar à milliseconde particulier nommé PSR J0514-4002E. Ce pulsar est situé dans l’amas d’étoiles NGC 1851, à environ 54 000 années-lumière du centre galactique.
En utilisant des données radio collectées par le réseau MEERKat en Afrique du Sud, les chercheurs ont découvert l’existence d’un compagnon binaire non divulgué orbitant autour du pulsar toutes les 7,44 jours. L’objectif de l’étude était de dévoiler l’identité de cet objet mystérieux.
Les pulsars à milliseconde, tels que PSR J0514-4002E, sont des étoiles à neutrons caractérisées par une rotation extrêmement rapide. Tournant à 170 fois par seconde, elles émettent des ondes radio précisément chronométrées ressemblant à des pulsations rythmiques. La précision de ces pulsations permet aux astronomes de détecter des variations minuscules, ce qui permet le calcul des caractéristiques du pulsar, de sa distance et de la présence de compagnons binaires.
Barr explique que cela revient à placer une montre presque parfaite en orbite autour d’une étoile située à près de 40 000 années-lumière, puis d’avoir la capacité de chronométrer ces orbites avec une précision de microsecondes.
Une approche calculée de la découverte
En utilisant les données de synchronisation du pulsar, l’équipe a calculé la distance jusqu’à PSR J0514-4002E, la masse du pulsar et la masse totale du système. En soustrayant la masse du pulsar, ils ont déduit la masse du compagnon énigmatique.
La faible luminosité exclut la possibilité que l’objet soit une étoile de la séquence principale, et sa masse dépasse celle d’une naine blanche (l’objet compact plus léger dans le spectre des étoiles mortes). Cela réduit les options à deux : soit c’est une étoile à neutrons, soit c’est un trou noir.
Étoile à neutrons ou trou noir ?
Il est impossible d’identifier définitivement s’il s’agit d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir. Cependant, les chercheurs spéculent qu’il pourrait résulter de la fusion de deux étoiles à neutrons. En établissant des parallèles avec une collision antérieure détectée par des ondes gravitationnelles, qui a produit un objet de 2,6 masses solaires, il est possible que cette découverte récente, avec une limite supérieure de 2,76 masses solaires, soit une énorme étoile à neutrons. La réserve concerne l’incertitude quant à la possibilité que ce soit un trou noir.
Ayant fait cette découverte, les chercheurs sont déterminés à dévoiler l’identité de l’objet énigmatique.
Pour conclure, Dutta souligne que leur investigation de ce système est en cours. Elle note que dévoiler la véritable identité du compagnon représentera un moment crucial pour faire progresser leur compréhension des étoiles à neutrons, des trous noirs et de tout autre entité mystérieuse se situant dans le fossé de masse des trous noirs.
La source originale de cet article se trouve sur ScienceAlert.
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