Les astronomes ont découvert un grand nombre de trous noirs dans un amas d’étoiles “mince” de notre galaxie

Il s’agit d’une vue d’artiste de la concentration des trous noirs. Crédit : ESA/Hubble, N. Bartmann

Palomar 5 est un amas d’étoiles unique. C’est d’abord parce qu’il s’agit de l’un des amas “les plus subtils” du halo de notre galaxie, la distance moyenne entre les étoiles étant de quelques années-lumière, comparée à la distance du Soleil à l’étoile la plus proche. Deuxièmement, il est associé à un flux stellaire qui s’étend sur plus de 20 degrés dans le ciel. Dans un article de recherche publié le 5 juillet 2021, dans astronomie naturelle, une équipe internationale d’astronomes et d’astrophysiciens dirigée par l’Université de Barcelone a montré que les deux caractéristiques distinctives de Palomar 5 sont probablement le résultat d’une population massive de trous noirs avec plus de 100 trous noirs au centre de l’amas.

Le nombre de trous noirs est presque trois fois supérieur au nombre d’étoiles de l’amas, ce qui signifie que plus de 20 % de la masse totale de l’amas est constituée de trous noirs. Chacune a une masse environ 20 fois supérieure à la masse du Soleil et s’est formée lors d’explosions de supernova à la fin de la vie des étoiles massives, lorsque la masse était encore très petite, explique le professeur Mark Gillis, de l’Institut de cosmologie de l’Université de Barcelone ( ICCUB) et auteur principal de l’article.

Données Sky View Gaia eDR3

Ci-dessus, la vue du ciel entier en coordonnées galactiques. Le nombre d’étoiles est plus élevé dans les régions les plus brillantes. La majeure partie de l’image, où le plan de la Voie lactée est visible (b = 0°), est produite à l’aide des données Gaia eDR3. Le petit patch en haut au centre montre une région où des données plus profondes de DESI Degenerative Imaging Survey (DECaLS) sont disponibles, permettant de voir le Palomar 5 et ses queues de marée. Crédit : M. Gieles et al./Gaia eDR3/DESI DECALS

Les courants de marée sont des flux d’étoiles éjectés d’amas d’étoiles ou de galaxies naines. Au cours des dernières années, près d’une trentaine de minces ruisseaux ont été détectés dans le halo de la Voie lactée. “Nous ne savons pas comment ces flux se forment, mais une idée est qu’il s’agit d’amas d’étoiles rompus. Cependant, aucun des flux récemment découverts n’a d’amas d’étoiles associé, donc nous ne pouvons pas en être sûrs. Donc, pour comprendre comment ces ruisseaux se forment, nous devons en étudier un avec un système stellaire associé. Palomar 5 est le seul cas, ce qui en fait une pierre de Rosette pour comprendre la formation des ruisseaux et c’est pourquoi nous l’avons étudié en détail », explique Gieles.

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Les auteurs simulent les orbites et l’évolution de chaque étoile depuis la formation de l’amas jusqu’à sa désintégration finale. Ils ont fait varier les caractéristiques initiales du groupe jusqu’à ce qu’une bonne correspondance soit trouvée avec les observations actuelles et celles du groupe. L’équipe a découvert que Palomar 5 s’était formé avec un trou noir bas, mais que les étoiles s’échappaient plus efficacement des trous noirs, de sorte que la fraction de trou noir augmentait progressivement. Les trous noirs ont fait exploser la masse de manière dynamique dans leurs interactions gravitationnelles de fronde avec les étoiles, ce qui a entraîné davantage de fuites d’étoiles et de formation de flux. Avant qu’il ne fonde complètement – dans environ un milliard d’années – l’amas sera entièrement composé de trous noirs.

Marc Gillis

Mark Gillis, chercheur à l’ICCUB. Crédit : ICCUB

Gieles note que dans cet article “nous avons montré que la présence d’un grand nombre de trous noirs peut être commune à tous les groupes qui ont formé des courants”. Ceci est important pour notre compréhension de la formation des amas globulaires, des masses initiales des étoiles et de l’évolution des étoiles massives. Ce travail a également des implications importantes pour les ondes gravitationnelles.


Des simulations montrent la formation de courants de marée pour le groupe Palomar 5 et la distribution des trous noirs. Les étoiles sont représentées en jaune et les trous noirs en noir.

Palomar 5 est un amas globulaire découvert par Walter Bade en 1950. Il est situé dans la constellation des Serpens à une distance d’environ 65 000 années-lumière, et est l’un des quelque 150 amas globulaires en orbite autour de la Voie lactée. Il a plus de 10 milliards d’années, comme la plupart des autres amas globulaires, ce qui signifie qu’il s’est formé aux premiers stades de la formation galactique. Elle est environ 10 fois moins massive et 5 fois plus étendue qu’une masse sphérique typique et en phase finale de dissolution.

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Référence : « Massive cluster of stellar-mass blackholes in globular Palomar 5 » par Mark Gillis, Dennis Ercal, Fabio Antonini, Eduardo Balbinot et Jorge Benarubia, 5 juillet 2021, astronomie naturelle.
DOI : 10.1038 / s41550-021-01392-2

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