Le Grand Nuage de Magellan est la troisième galaxie la plus proche de la Voie lactée, après les galaxies naines du Grand Chien et du Sagittaire. Il pourrait avoir produit plusieurs des étoiles hypervéloces se déplaçant à une fraction de la vitesse de la lumière de la Voie lactée, en raison de la présence d’un trou noir supermassif dans cette galaxie naine, trou noir jamais encore détecté.
Lorsque la mathématicienne et physicienne Yvonne Choquet-Bruhat, récemment décédée, est partie à Princeton au début des années 1950 pour discuter avec EinsteinEinstein alors qu’elle venait de prouver mathématiquement que des ondes gravitationnellesondes gravitationnelles devaient bien exister dans les équations de la relativité générale et ne devaient pas être – comme certains le croyaient – des artefacts trompeurs des systèmes de coordonnées employées dans les calculs, une autre prédiction des équations de la gravitation relativiste d’Einstein était vue comme douteuse par les physiciensphysiciens. Il s’agissait de celle des trous noirs et ce malgré les articles de Chandrasekhar et surtout celui de Oppenheimer et son étudiant Snyder.
Il a fallu attendre la fin des années 1950 pour que la communauté scientifique admette l’existence des ondes gravitationnelles prédites par Einstein aux alentours de l’année 1917. Pour les trous noirs, la première démonstration mathématique a été celle de Roger Penrose au milieu des années 1960, ce qui lui vaudra, en plus de ces travaux ultérieurs sur ces astres compacts relativistes, un prix Nobel de physique en 2020.
Aujourd’hui, on admet qu’il existe des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs contenant de 1 million à plusieurs milliards de massesmasses solaires au cœur de toutes les grandes galaxiesgalaxies, comme la Voie lactéeVoie lactée et M87M87. Ils signalent notamment sous forme de sources radio puissantes et exhibent sur des orbitesorbites rapprochées des étoilesétoiles se déplaçant à une fraction notable de la vitesse de la lumièrevitesse de la lumière. On peut citer comme exemple le cas de Sgr A* et jusqu’à récemment, on pensait que notre trou noir supermassif galactique était à la source de ce que l’on appelle des étoiles hypervéloces (HVS), dont l’existence avait été théorisée pour la première fois à la fin des années 1980, avant que les premières confirmations à ce sujet n’arrivent en 2005.
Les Nuages de Magellan. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». L’astronome Remy Indebetouw décrit les Nuages de Magellan, deux fascinantes galaxies naines qui côtoient notre Galaxie lactée géante. © A. Angelich, NRAO/AUI/NSF; ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt; ESO/S. Brunier; Robert Gendler/Josch Hambsch; David L. Nidever et al., NRAO/AUI/NSF & A. Mellinger, LAB Survey, Parkes Obs., Westerbork Obs., Arecibo Obs.; Gurtina Besla; ESO/C. Malin; NASA/ESA/STScI; NCSA/NASA/A. Kritsuk/M. Norman/A. Boley. Music: Geodesium.
On estime que la Voie lactée contient environ 1 000 HVS, mais de nouvelles recherches basées sur les mesures très précises des positions et vitesses d’un très grand nombre d’étoiles dans notre Galaxie, rendues possibles par la mission GaiaGaia, montrent maintenant que bien des étoiles hypervéloces de la Voie lactée n’en proviennent pas, mais sont issues du Grand Nuage de MagellanGrand Nuage de Magellan (LMC).
Comme l’explique un article en accès libre sur arXiv, elles constitueraient la preuve qu’il pourrait y avoir un trou noir supermassif dans le Grand Nuage de Magellan qui projette des HVS dans la Voie lactée (on pense avoir découvert déjà un trou noir stellaire dans ce nuage).
Des étoiles catapultées par les forces de marée d’un trou noir
Il y a quelques années, on connaissait une vingtaine de ces étoiles dans notre Galaxie avec une vitesse de l’ordre de 1 000 km/s (pour mémoire, les étoiles dans la Voie lactée se déplacent généralement à des vitesses 10 fois plus faibles). On les observe depuis 2005, mais leur existence avait été prédite théoriquement en 1988 par l’astronomeastronome Jack G. Hills, réputé pour ses travaux sur la dynamique stellaire. Pour expliquer les vitesses atypiques de ces étoiles, le chercheur avait fait intervenir des systèmes binairessystèmes binaires passés trop près des trous noirs supermassifs au cœur des grandes galaxies.
Selon le mécanisme qui porteporte aujourd’hui son nom, les forces de maréeforces de marée d’un de ces trous noirs, dans le cas présent celui au cœur de la Voie lactée, pouvaient séparer un couple dans un système binaire et projeter comme par effet de fronde l’autre étoile, comme le montre l’animation ci-dessous.
Selon Jiwon Han, un étudiant diplômé du Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics, qui étudie l’archéologie galactique en utilisant Gaia avec ses collègues aux États-Unis, la moitié des étoiles HVS non liées à la Voie lactée, parce qu’ayant une vitesse dépassant la vitesse de libération de notre Galaxie, ne proviennent pas du centre galactiquecentre galactique, mais du LMC.
En effet, nourri par les données de Gaia, un modèle basé sur des étoiles simulées qui ont été éjectées par un trou noir supermassif, selon le mécanisme de Hills dans le LMC, prédit des distributions spatiales et cinématiques pour les HVS qui sont remarquablement similaires aux distributions observées.
Une animation montrant le principe du mécanisme de Hills probablement à l’origine des étoiles hypervéloces. © James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)
