Hubble déniche le premier trou noir stellaire d'Omega Centauri

La masse est bien déterminée car le système binaire a été observé près du périastre — le point le plus proche de son orbite elliptique — même si seulement une partie de l'orbite a été couverte .

Comment a-t-il été détecté : 23 ans d'astrométrie minutieuse

Les recherches précédentes de trous noirs dans Omega Centauri reposaient sur des mesures de vitesse radiale ou des émissions de rayons X et radio, toutes sans succès. La percée est venue d'une technique différente : l'astrométrie, la mesure précise des positions stellaires et des minuscules mouvements dans le ciel au fil du temps .

L'équipe a utilisé les données d'archives du projet oMEGACat de Hubble, couvrant plus de 20 ans, complétées par de nouvelles observations du JWST pour affiner les mesures. Cette base de 23 ans a été cruciale car la période orbitale est de l'ordre du siècle ; la longue période a permis à l'équipe de capturer le système près du périastre, là où le signal orbital est le plus fort .

En suivant l'oscillation orbitale de l'étoile visible, ils ont révélé la présence d'un compagnon invisible et massif — un trou noir. Cela fait d'oMEGACat BH-2 le premier trou noir dans un amas globulaire à être découvert par astrométrie .

Pourquoi cette découverte est importante

Omega Centauri contient environ 10 millions d'étoiles. Les modèles dynamiques prédisent qu'il devrait abriter environ 10 000 trous noirs de masse stellaire — les vestiges des étoiles les plus massives qui ont déjà explosé en supernova. Pourtant, pendant des décennies, les recherches utilisant les vitesses radiales, la radio et les rayons X n'ont rien donné, créant un écart déroutant entre la théorie et l'observation .

oMEGACat BH-2 brise enfin cette malédiction. Il s'agit du premier trou noir de masse stellaire confirmé dans Omega Centauri, fournissant la première preuve directe qu'une telle population existe .

Cependant, sa masse — seulement environ 4,5 masses solaires — a été une surprise. Les modèles d'évolution stellaire pour un amas à faible métallicité comme Omega Centauri prédisent des masses typiques de trous noirs de 20 à 40 masses solaires. Cette différence considérable soulève de nouvelles questions sur la formation et la rétention des trous noirs dans les amas d'étoiles denses .

Ce que cela signifie pour le débat sur le trou noir de masse intermédiaire

Pendant des années, les astronomes ont débattu de ce qui se cache au cœur même d'Omega Centauri. S'agit-il d'un seul trou noir de masse intermédiaire (TNMI) — le chaînon manquant tant recherché — ou la masse centrale est-elle expliquée par un amas dense de trous noirs de masse stellaire ?

• En 2024, Hubble a fourni des preuves solides de l'existence d'un TNMI d'au moins ~8 200 masses solaires (et peut-être jusqu'à ~40 000 masses solaires) au centre même de l'amas, basées sur les mouvements de sept étoiles se déplaçant rapidement.
• La découverte de trous noirs de masse stellaire comme oMEGACat BH-2 dans l'amas ne contredit pas l'interprétation du TNMI — les modèles prédisent les deux : un TNMI central plus des milliers de trous noirs de masse stellaire répartis dans tout l'amas.
• En effet, cette découverte aide à résoudre la tension : elle montre qu'une grande population de trous noirs de masse stellaire existe, mais les étoiles centrales rapides nécessitent toujours un objet massif unique (le TNMI) plutôt que d'être explicables par un amas de trous noirs plus légers seuls.

En résumé, oMEGACat BH-2 est la première preuve directe de la population « manquante » de trous noirs de masse stellaire dans Omega Centauri, et il coexiste avec le trou noir de masse intermédiaire détecté indépendamment au centre de l'amas.