Les trous noirs ne détruisent pas seulement les étoiles, ils ont également le pouvoir de les rallumer

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Simulation d'une naine blanche engloutie par un trou noir de 1000 masses solaires. | College of Charlestone

Les trous noirs sont connus comme étant des objets qui « dévorent » tout ce qui se trouve sur leur passage. Mais de nouvelles simulations suggèrent que, dans les derniers instants, les trous noirs peuvent en réalité redonner vie aux étoiles : mais uniquement certaines étoiles et dans des conditions particulières. Cette nouvelle étude pourrait donc permettre de résoudre certains mystères troublants concernant les trous noirs.

Mais alors, comment est-ce possible ? Si une étoile quelconque s’aventure trop près d’un trou noir, elle ne peut que se faire engloutir par ce dernier. Mais ce qui se passe ensuite n’est autre que l’un des processus les plus violents de l’univers : l’incroyable attraction gravitationnelle du trou noir, ce que nous appelons sa force de marée (la même force que celle exercée par la Lune sur la Terre et qui provoque les marées, mais à bien plus grande échelle), déchire l’étoile et dévore littéralement les restes.

Mais si l’étoile en question est une naine blanche (les naines blanches sont issues de l’évolution d’étoiles de masse moyenne, soit normalement 8 à 10 masses solaires), quelque chose d’intéressant peut se produire. En effet, chez les naines blanches, la fusion à l’hydrogène s’est déjà arrêtée avant qu’elles ne soient englouties par le trou noir.

Selon une nouvelle simulation, comme les forces de marée du trou noir étirent et compressent simultanément l’étoile dans des directions opposées (lors de ce que l’on appelle une perturbation de la marée), la compression peut littéralement enclencher à nouveau la fusion dans le noyau de l’étoile, même si ce n’est que durant quelques secondes.

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Il y a une autre condition requise : il faut que le trou noir en question soit de masse intermédiaire. Et pour une raison encore inconnue, ils ne semblent pas être nombreux dans l’univers.

En effet, les trous noirs se divisent (au niveau de la masse) en quatre catégories. Il existe des trous noirs de masse dite ordinaire, généralement inférieure à environ 100 fois la masse du Soleil. Ce sont ces trous noirs dont les collisions sont responsables des ondes gravitationnelles détectées en 2016.

Il y a aussi des trous noirs de masse bien plus faible, qui auraient vu le jour peu de temps après le Big Bang (début de l’Univers). Ils sont appelés trous noirs primordiaux, mais leur existence n’est pas encore confirmée à l’heure actuelle.

La catégorie qui devrait hypothétiquement se situer au milieu (donc allant de 1’000 à 100’000 masses solaires), s’est révélée encore très difficile à observer (les rares trous noirs concernés par cette étude). Le meilleur candidat s’est présenté plus tôt cette année, mais il ne s’agit toujours pas d’un résultat concluant à 100%.

Puis il y a les trous noirs supermassifs, allant d’une limite inférieure d’environ 100’000 masses solaires, jusqu’à des millions voire des milliards de masses solaires. Le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée, Sagittaire A*, compte environ 4 millions de masses solaires.

Mais les chercheurs avancent que ni les trous noirs supermassifs, ni les trous noirs stellaires, ne produiront cet effet de résurrection sur les naines blanches. Il s’agit donc d’un grand mystère : en effet, un trou noir de masse stellaire est assez petit physiquement, ce qui signifie qu’au début, la naine blanche l’enveloppera, et les forces de marée d’un trou noir supermassif sont si fortes que l’étoile y tombera avant même de pouvoir être perturbée.

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Ainsi, déterminer si l’influence d’un trou noir intermédiaire sur une naine blanche pourrait la « rallumer », aiderait les chercheurs à identifier le mystérieux « chaînon manquant » dans le domaine des trous noirs.

« Il est important de savoir combien de trous noirs de masse intermédiaire existent, car cela aidera à répondre à la question : « d’où proviennent les trous noirs supermassifs ? ». Découvrir des trous noirs de masse intermédiaire à la suite de perturbations des marées constituerait un progrès considérable », a déclaré l’astrophysicien Chris Fragile, du College of Charleston.

Ce ne sera pas facile : bien qu’ils puissent produire une quantité incroyable d’énergie électromagnétique, lorsque le trou noir éjecte des jets relativistes, seule une poignée d’événements de perturbation des marées de ce type ont été détectés jusqu’à présent, et aucun d’entre eux ne semblait porter la signature d’une naine blanche.

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Donc, si une naine blanche venait à être avalée par un trou noir de masse intermédiaire, la fusion nucléaire résultant de cet événement pourrait convertir la composition de la naine blanche typique (donc d’hélium, de carbone et d’oxygène), en éléments plus lourds tels que le fer et le calcium.

Les simulations de l’équipe montrent que lorsque la naine blanche est un peu plus éloignée du trou noir, davantage de calcium est produit. Par contre, lorsqu’elle est plus proche, c’est le fer qui est produit en plus grande quantité.

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Les résultats de la recherche sont actuellement disponibles sur le site arXiv.com, et seront prochainement publiés dans l’Astrophysical Journal.

Sources : arXiv, College of Charlestone

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