Le fossé entre les trous noirs de masse stellaire et les géants supermassifs au centre des galaxies constitue une lacune persistante dans l’inventaire cosmique. Les trous noirs de masse intermédiaire, allant de quelques centaines à des dizaines de milliers de masses solaires, sont restés frustrante insaisissables.
Aujourd’hui, une équipe d’astronomes a découvert deux candidats prometteurs cachés dans les spectres dynamiques des sursauts rapides radio.
En utilisant les données du catalogue CHIME/FRB 2, les chercheurs dirigés par Huan Zhou ont développé un pipeline pour rechercher des signatures de microlentille gravitationnelle dans les signaux FRB. Lorsqu’un FRB passe près d’un objet compact massif, la gravité de l’objet courbe et focalise les ondes radio, créant des motifs d’interférence dans le spectre dynamique du sursaut qui révèlent la masse de la lentille.
Deux candidats
L’équipe a identifié deux signatures de ce type. FRB 20190131D semble avoir été lentillé par un objet de 280 à 467 masses solaires. FRB 20211115A pointe vers une lentille de 539 à 609 masses solaires. Les deux se situent carrément dans le régime des masses intermédiaires, comblant le fossé entre les trous noirs de masse stellaire d’environ 10 masses solaires et les masses solaires de plusieurs millions des trous noirs supermassifs.
Si aucune galaxie intermédiaire ne se trouve sur la ligne de visée de ces FRB, les deux objets pourraient être des trous noirs de masse intermédiaire isolés d’origine primordiale, c’est-à-dire formés peu après le Big Bang plutôt que par effondrement stellaire. Dans ce scénario, les trous noirs primordiaux dans cette gamme de masse représenteraient environ 4 % de la matière noire.
Une sonde propre
La microlentille FRB offre un moyen propre de détecter des objets sombres et compacts qui autrement seraient invisibles aux télescopes. Contrairement aux recherches traditionnelles de trous noirs de masse intermédiaire qui reposent sur les signatures d’ondes gravitationnelles ou les émissions de rayons X provenant de l’accrétion, la microlentille fonctionne indépendamment du fait que le trou noir s’alimente activement.
La technique comporte des mises en garde. L’équipe a prévenu qu’une compréhension plus approfondie de la capacité des mécanismes d’émission des FRB à produire des signaux de type lentille sera essentielle avant que la méthode puisse être pleinement établie comme un outil standard.
Si les candidats ne sont pas de véritables événements de lentille, la limite supérieure des trous noirs primordiaux de masse intermédiaire au-dessus de 300 masses solaires se situe à environ 13 % de la matière noire avec un intervalle de confiance de 95 %.
Les résultats ont été publiés sous forme de prépublication révisée sur arXiv le 23 juillet.
Traduit par Lydie