Les trous noirs supermassifs sont voraces. Les amas de poussière et de gaz sont susceptibles d’être perturbés par les turbulences et les radiations lorsqu’ils sont attirés trop près. Alors pourquoi certains d’entre eux orbitent-ils aux abords du monstre supermassif de la Voie lactée, Sgr A* ? Peut-être que ces mystérieuses masses cachent quelque chose.
Après avoir analysé les observations de ces objets poussiéreux, une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l’astrophysicien Florian Peißker de l’Université de Cologne, a identifié ces amas comme abritant potentiellement de jeunes objets stellaires (YSO) enveloppés d’une brume de gaz et de poussière. Plus étrange encore, ces étoiles naissantes sont plus jeunes qu’un amas d’étoiles inhabituellement jeunes et brillantes qui gravitent déjà autour de Sgr A*, connues sous le nom d’étoiles S.
La découverte de ces deux groupes en orbite si proche est inhabituelle, car on s’attend à ce que les étoiles qui gravitent autour des trous noirs supermassifs soient faibles et beaucoup plus anciennes. Peißker et ses collègues « rejettent l’idée en vogue de classer [these] « Des objets comme des nuages sans noyau dans le champ de rayonnement à haute énergie du trou noir supermassif Sgr A* », comme ils l’ont dit dans une étude récemment publiée dans Astronomy & Astrophysics.
Plus que de la poussière spatiale
Pour déterminer ce que pouvaient être les objets proches de Sgr A*, les chercheurs ont dû éliminer ce qu’ils n’étaient pas. Enfouis dans des enveloppes de gaz et de poussière, ils maintiennent des températures particulièrement élevées, ne s’évaporent pas facilement et gravitent seuls autour du trou noir supermassif.
Les chercheurs ont déterminé leurs propriétés chimiques à partir des photons qu’ils émettaient, et leurs émissions dans l’infrarouge moyen et proche correspondaient à celles des étoiles. Ils ont utilisé l’un d’entre eux, l’objet G2/DSO, comme étude de cas pour tester leurs idées sur ce que pourraient être ces objets. La forte luminosité et les émissions particulièrement fortes de cet objet en font le plus facile à étudier. Sa masse est également similaire à celle des étoiles de faible masse connues.
Les étoiles de faible masse ont dépassé le stade de protoétoile mais ne sont pas encore devenues des étoiles de la séquence principale, avec des noyaux qui fusionnent l’hydrogène en hélium. Ces objets sont comme les candidats à l’étoile de faible masse car ils ne peuvent pas être des amas de gaz et de poussière spatiale. Des nuages gazeux sans aucun objet à l’intérieur pour les maintenir ensemble par gravité ne pourraient pas survivre si longtemps à proximité d’un trou noir supermassif. Sa chaleur intense provoque une évaporation assez rapide du gaz et de la poussière, les particules excitées par la chaleur s’écrasant les unes contre les autres et s’envolant dans l’espace.
L’équipe a calculé qu’un nuage de taille comparable à celui de G2/DSO s’évaporerait en sept ans environ. Une étoile en orbite à la même distance du trou noir supermassif ne serait pas détruite aussi rapidement en raison de sa densité et de sa masse bien plus élevées.
Les nébuleuses planétaires compactes (CPN) pourraient également être une classe d’objets qui pourraient être des amas de poussière, mais qui ne le sont pas. Ces nébuleuses sont des enveloppes de gaz externes en expansion d’étoiles de petite et moyenne taille en phase terminale. Bien que les CPN aient certaines caractéristiques en commun avec les étoiles, la force de gravité d’un trou noir supermassif détacherait facilement leurs enveloppes de gaz et les déchirerait.
Il est également peu probable que les étoiles YSO soient des étoiles binaires, même si la plupart des étoiles se forment dans des systèmes binaires. Les températures élevées et les turbulences de Sgr A* provoqueraient probablement la migration d’étoiles qui faisaient autrefois partie de systèmes binaires.
Voir les étoiles
D’autres observations ont permis de déterminer que certains des objets masqués par la poussière sont des étoiles naissantes, tandis que d’autres sont considérés comme des étoiles d’une certaine sorte, mais n’ont pas été définitivement identifiés.
Les propriétés qui ont fait de G2/DSO un cas d’étude exceptionnel sont également la raison pour laquelle il a été identifié comme un YSO. D2 est un autre objet à haute luminosité à peu près aussi massif qu’une étoile de faible masse, qui est facile à observer dans le proche et moyen infrarouge. D3 et D23 ont également des propriétés similaires. Ce sont les taches proches du trou noir qui, selon les chercheurs, sont les plus susceptibles d’être des YSO.
D’autres objets candidats nécessitent une analyse plus approfondie. Il s’agit notamment d’autres objets qui peuvent être ou non des YSO mais qui présentent néanmoins des caractéristiques stellaires : D3.1 et D5, qui sont difficiles à observer. Les émissions dans l’infrarouge moyen de D9 sont particulièrement faibles par rapport aux autres candidats, mais on pense toujours qu’il s’agit d’un type d’étoile, bien qu’il ne s’agisse peut-être pas d’une YSO. Les objets X7 et X8 présentent tous deux un choc en arc, l’onde de choc qui résulte du vent stellaire d’une étoile poussant contre d’autres vents stellaires. On ne sait pas si l’un ou l’autre de ces objets est réellement une YSO.
On ignore pour l’instant d’où viennent ces objets poussiéreux et comment ils se sont formés. Les chercheurs suggèrent que les objets se sont formés ensemble dans des nuages moléculaires qui tombaient vers le centre de la galaxie. Ils pensent également que, quel que soit leur lieu de naissance, ils ont migré vers Sgr A*, et que tous ceux qui se trouvaient dans des systèmes binaires ont été séparés par l’immense gravité du trou noir.
Bien qu’il soit peu probable que les YSO et les YSO potentielles soient originaires du même amas que les étoiles S légèrement plus anciennes, elles pourraient néanmoins être liées d’une certaine manière. Elles pourraient avoir connu des parcours de formation et de migration similaires, et les étoiles plus jeunes pourraient finalement atteindre le même stade.
« En théorie, les sources poussiéreuses évolueront en étoiles S de faible masse », a déclaré l’équipe de Peißker dans la même étude.
Même les trous noirs sont plus beaux avec un collier de diamants scintillants.
Astronomie et astrophysique, 2024. DOI: 10.1051/0004-6361/202449729