Le télescope spatial européen Gaia débusque un trou noir atypique dans la Voie lactée

Baptisé Gaia BH3, l’objet est situé à 2000 années-lumière de la Terre et a été découvert «par hasard». La masse de ce trou noir, véritable mastodonte, est la plus importante jamais observée dans notre galaxie.

Le télescope spatial européen Gaia, dédié à la cartographie de la Voie lactée, a découvert un trou noir d’une masse record, de 33 fois celle du Soleil: du jamais vu dans notre galaxie, indique une étude parue mardi.

L’objet baptisé Gaia BH3, situé à 2000 années-lumière de la Terre, dans la constellation de l’Aigle, appartient à la famille des trous noirs stellaires qui résultent de l’effondrement d’étoiles massives en fin de vie. Ils sont incomparablement plus petits que les trous noirs supermassifs logés au cœur des galaxies, dont le scénario de formation n’est pas connu.

« Une étoile qui tournait autour d’un compagnon invisible»

C’est «par hasard» que Gaia BH3 a été déniché, raconte à l’AFP Pasquale Panuzzo, chercheur CNRS à l’Observatoire de Paris-PSL, principal auteur des travaux publiés dans Astronomy & Astrophysics Letters. Les scientifiques du consortium Gaia étaient en train de défricher les dernières données de la sonde, en vue de la publication du prochain catalogue en 2025, lorsqu’ils sont tombés sur un système d’étoiles binaires particulier.

«On voyait une étoile un peu plus petite que le Soleil – 75% de sa masse environ – et plus brillante, qui tournait autour d’un compagnon invisible», repérable par les perturbations qu’il lui fait subir, raconte Pasquale Panuzzo, responsable-adjoint du traitement spectroscopique de Gaia.

Une première en astronomie

Le télescope spatial donne la position très précise des étoiles dans le ciel, les astronomes ont donc pu caractériser les orbites et mesurer la masse du compagnon invisible de l’étoile: 33 fois celle du Soleil. Des observations plus poussées de télescopes au sol ont confirmé qu’il s’agissait bien d’un trou noir, d’une masse bien plus importante que celle des trous noirs d’origine stellaire déjà connus dans la Voie lactée – entre 10 et 20 masses solaires.

De tels mastodontes ont déjà été détectés dans des galaxies lointaines, via les ondes gravitationnelles. Mais «jamais dans la nôtre», dit le Dr Panuzzo.

Une étoile compagnon vieille de 12 milliards d’années

Gaia BH3 est un trou noir «dormant»: il est trop éloigné de son étoile compagnon pour lui arracher sa matière et n’émet donc aucun rayonnement X, ce qui rend sa détection extrêmement difficile. Le télescope Gaia a réussi à débusquer les deux premiers trous noirs inactifs (Gaia BH1 et Gaia BH2) de la Voie lactée, mais ceux-ci ont des masses standards.

Contrairement au Soleil, la petite étoile du système binaire de BH3 est « très pauvre en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium», explique l’Observatoire de Paris dans un communiqué. « Selon la théorie, seules ces étoiles pauvres en métaux peuvent former un trou noir aussi massif », relève le Dr Panuzzo. L’étude suggère donc que le « progéniteur » du trou noir était une étoile massive elle aussi pauvre en métaux.

L’étoile du système, âgée de 12 milliards d’années, « vieillit très lentement », quand celle qui a formé le trou noir «n’a vécu que 3 millions d’années», décrit-il. «Ces étoiles pauvres en métaux étaient très présentes au début de la galaxie. Leur étude nous donne des informations sur sa formation», ajoute le scientifique.

Dans le sens contraire des autres étoiles

Autre curiosité du couple stellaire: dans le disque de la Voie lactée, il tourne dans le sens contraire des autres étoiles. «Peut-être parce que le trou noir se serait formé dans une autre galaxie plus petite, qui aurait été mangée au début de la vie de la Voie lactée», avance-t-il.

La sonde Gaia de l’ESA (agence spatiale européenne), qui opère à 1,5 million de kilomètres de la Terre depuis 10 ans, a livré en 2022 une carte en 3D des positions et des mouvements de plus d’1,8 milliard d’étoiles.