Premier système de trous noirs trinaries

Une découverte unique dans la constellation du Cygne

Dans la constellation du Cygne, à environ 7 800 années-lumière de la Terre, se trouve une véritable anomalie cosmique : le système V404 Cygni, qui abrite un trou noir connu pour son comportement intrigant et imprévisible. Récemment, ce système a révélé une nouvelle surprise aux scientifiques : un compagnon binaire caché, une étoile en orbite large qui met environ 70 000 ans à compléter son parcours.

Étant donné que V404 Cygni possède déjà une étoile compagne proche qui termine son orbite tous les 6,5 jours, la découverte de cet troisième objet transforme le système en une configuration “trinaire”. C’est la première fois que nous voyons un tel agencement, et cela pourrait aider à clarifier la façon dont les trous noirs se forment, car les théories actuelles suggèrent qu’une explosion de supernova—le processus par lequel les trous noirs de masse stellaire sont censés se former—détruirait normalement la connexion gravitationnelle fragile d’une orbite aussi éloignée.

« Nous pensons que la plupart des trous noirs se forment à partir d’explosions violentes d’étoiles, mais cette découverte nous fait remettre en question cette théorie », déclare Kevin Burdge, physicien au MIT.

« Ce système est une découverte incroyable pour l’évolution des trous noirs, et cela soulève également la possibilité qu’il existe d’autres systèmes triples similaires. »

Preuves d’un système triple

En fait, nous connaissons la deuxième étoile du système V404 Cygni depuis des décennies ; jusqu’à présent, les astronomes pensaient qu’il s’agissait simplement d’une étoile voisine sans lien direct avec le trou noir. Cependant, les données de la mission Gaia, de l’Agence spatiale européenne, qui cartographie la position, la direction et la vitesse des objets dans la Voie lactée, ont indiqué quelque chose de plus complexe.

V404 Cygni et l’étoile supposément non liée se déplacent dans la même direction et à la même vitesse, suggérant une connexion gravitationnelle entre elles.

« Ce n’est pas une coïncidence », déclare Burdge. Nous observons deux étoiles se déplaçant ensemble parce qu’une faible force gravitationnelle les relie, formant un système triple.

De telles preuves soutiennent la théorie selon laquelle les trous noirs se forment à partir d’explosions de supernova, ces énormes éruptions d’étoiles mourantes qui libèrent la matière extérieure tandis que le noyau s’effondre pour former un trou noir. Cependant, certains trous noirs peuvent également se former par un processus appelé effondrement direct, où l’étoile massive s’implose complètement, sans explosion violente.

Dans ce modèle d’effondrement direct, il y a peu de preuves à observer car il n’y a pas de résidus caractéristiques de supernova. C’est précisément là que V404 Cygni devient particulièrement intéressant : si une explosion de supernova se produit de manière asymétrique, l’énergie inégale crée une « poussée » pour le trou noir nouvellement formé.

Le défi de l’orbite large et de la connexion gravitationnelle

Cependant, la grande distance entre le trou noir et la nouvelle étoile découverte—environ 3 500 unités astronomiques—rend difficile la réconciliation de cette idée avec leur faible connexion gravitationnelle. Une supernova aurait probablement facilement rompu ce lien.

La séparation orbitale large rend également difficile d’expliquer cette configuration par une capture gravitationnelle entre deux objets en passage. Après avoir réalisé des milliers de simulations, Burdge et son équipe ont conclu que l’explication la plus plausible est que les trois objets étaient déjà liés gravitationnellement lorsque le trou noir s’est formé et que le mécanisme de formation impliquait un effondrement direct.

« Nos simulations montrent que la manière la plus viable pour que ce système triple existe est à travers un effondrement direct », déclare Burdge.

Cette découverte fournit les meilleures preuves à ce jour pour le modèle d’effondrement direct dans la formation des trous noirs, renforçant cette théorie comme une explication valable pour les cas où une supernova n’explique pas l’origine d’un trou noir.

Il pourrait y avoir d’autres systèmes triples, avec des trous noirs en orbites larges, que nous n’avons pas encore détectés en raison de la nature furtive de ces objets. Trouver d’autres systèmes comme celui-ci pourrait nous aider à comprendre comment les trous noirs se forment et pourquoi, dans certains cas, ils s’effondrent directement au lieu d’exploser en supernova.

« Soit nous avons eu beaucoup de chance, soit les systèmes ternaires sont courants », déclare l’astronome de Caltech Kareem El-Badry.

« S’ils sont courants, cela pourrait répondre à des questions de longue date sur la façon dont les binaires de trous noirs se forment. Les triples créent des voies évolutives qui ne sont pas possibles pour des binaires purs. »

Il a été suggéré auparavant que les paires de trous noirs pourraient se former principalement par l’évolution de triples, mais les preuves directes faisaient défaut jusqu’à présent.

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Lisez l’article original sur :  Science Alert

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