Hubble découvre le premier trou noir « manquant » dans Omega Centauri après 20 ans de recherche
Date : 2026-07-14
Image à la une : [Image Hubble de l’amas globulaire Omega Centauri ; crédit : NASA, ESA et l’équipe Hubble SM4 ERO]
Après deux décennies de recherche, les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble ont enfin trouvé l’un des trous noirs « manquants » que la théorie prédit devraient peupler le cœur d’Omega Centauri, l’amas globulaire le plus massif de la Voie lactée.
La découverte, publiée dans les Astrophysical Journal Letters, confirme que la population prédite d’environ 10 000 trous noirs de masse stellaire dans l’amas est réelle. Les astronomes n’avaient pas pu les trouver car la plupart sont quiescents, n’émettant aucun rayon X ni ondes radio détectables. La nouvelle détection reposait sur une technique jamais utilisée auparavant pour trouver un trou noir dans un amas globulaire : l’astrométrie de précision, mesurant la minuscule oscillation gravitationnelle d’une étoile sur 23 ans.
« C’est un résultat incroyablement excitant », a déclaré Matthew Whitaker, un étudiant chercheur de premier cycle à l’Université de l’Utah et auteur principal de l’étude. « Pendant des années, nous savions que les trous noirs devaient être là, mais nous ne pouvions tout simplement pas les voir. »
Un ensemble de données de 20 ans
Le trou noir, désigné oMEGACat BH-2, a une masse de 4,46 fois celle du Soleil, le plaçant fermement dans la gamme des masses stellaires et bien au-dessus de la masse maximale connue d’une étoile à neutrons, d’environ 2,08 masses solaires. Son compagnon est une étoile de la séquence principale de 0,78 masse solaire sur une orbite très excentrique de 94 ans.
La détection a été rendue possible par le projet oMEGACat, qui a utilisé la caméra avancée pour les relevés et la caméra grand champ 3 de Hubble pour imager Omega Centauri 351 fois entre 2002 et 2023. L’équipe a mesuré la position de 1,4 million d’étoiles avec une précision inférieure au pixel, recherchant le signe subtil d’un compagnon massif invisible. Deux époques supplémentaires du télescope spatial James Webb en 2024 et 2025 ont prolongé la ligne de base et amélioré la précision. L’instrument MUSE sur le Very Large Telescope au Chili a confirmé l’appartenance de l’étoile à l’amas.
Le trou noir a d’abord été signalé comme une anomalie astrométrique, son étoile traçant une trajectoire courbe dans le ciel révélant l’attraction gravitationnelle d’un compagnon invisible. La binaire a été capturée près du périastre, le point le plus proche de son orbite excentrique, permettant à l’équipe de contraindre les masses à partir d’une orbite partielle seulement.
Pourquoi les trous noirs étaient-ils « manquants » ?
Omega Centauri, situé à environ 18 000 années-lumière de la Terre, contient environ 10 millions d’étoiles et serait le noyau dépouillé d’une galaxie naine accrétée par la Voie lactée. Les modèles d’évolution stellaire prédisent que des dizaines de milliers de trous noirs auraient dû se former à partir des étoiles massives mortes tôt dans l’histoire de 12 milliards d’années de l’amas.
Pourtant, aucun n’avait jamais été directement détecté. Les recherches précédentes reposaient sur des observations en rayons X et en radio, qui ne fonctionnent que lorsqu’un trou noir se nourrit activement de gaz voisin. La plupart des trous noirs dans les vieux amas globulaires sont quiescents, ayant depuis longtemps consommé le matériau disponible. Les relevés de vitesse radiale étaient impraticables car les périodes orbitales se mesurent en décennies, pas en jours ou en années. Une étude de Hubble en 2021 sur l’amas globulaire NGC 6397 a trouvé une concentration de trous noirs grâce à leur influence gravitationnelle sur les étoiles environnantes, mais n’a pas pu résoudre les objets individuels.
Propriétés surprenantes
Le trou noir est plus léger que les modèles ne le prédisaient pour l’environnement pauvre en métaux d’Omega Centauri. Avec 4,46 masses solaires, il remet en question l’hypothèse selon laquelle les étoiles à faible métallicté ne produisent que des trous noirs massifs. La binaire n’est également presque certainement pas une paire primordiale, mais a été assemblée par des interactions dynamiques dans le noyau dense de l’amas, ce qui est le canal de formation attendu pour la plupart des binaires de trous noirs dans les amas globulaires.
La binaire est également étonnamment fragile. Son énergie de liaison est faible par rapport à la dispersion de vitesse de l’amas, ce qui signifie qu’elle sera perturbée dans environ 800 millions d’années, une courte période comparée à l’âge de l’amas. Sa détection était en quelque sorte fortuite.
Une nouvelle fenêtre sur les cimetières stellaires
La découverte valide l’astrométrie comme un nouvel outil puissant pour trouver des trous noirs quiescents dans des environnements stellaires denses. La technique est applicable à d’autres amas globulaires, et les futurs observatoires tels que le télescope spatial Nancy Grace Roman, avec ses relevés grand champ à haute résolution du bulbe galactique, devraient trouver beaucoup plus de ces binaires.
Les amas globulaires comme Omega Centauri sont considérés comme des sites privilégiés pour les fusions de binaires de trous noirs qui produisent des ondes gravitationnelles détectables par LIGO et Virgo. Trouver les trous noirs individuels qui alimentent ces fusions est une étape essentielle pour comprendre la population.
Omega Centauri abrite également un trou noir de masse intermédiaire suspecté d’environ 8 200 masses solaires en son centre, signalé par la même équipe en 2024. L’amas contient donc des trous noirs à des échelles de masse radicalement différentes, ce qui en fait un laboratoire unique pour étudier la formation, la dynamique et l’évolution des trous noirs à travers le temps cosmique.
Traduit par Lydie