Il est temps de trouver tous les trous noirs manquants.
C'est l'argument avancé par une paire d'astrophysiciens japonais, qui a écrit un article proposant une nouvelle recherche de millions de "trous noirs isolés" (IBH) qui peuplent probablement notre galaxie. Ces trous noirs, perdus dans l'obscurité, sirotent la matière du milieu interstellaire - la poussière et d'autres choses flottant entre les étoiles. Mais ce processus est inefficace et une grande partie de la matière est expulsée dans l'espace à grande vitesse. Comme cet écoulement interagit avec l'environnement environnant, ont écrit les chercheurs, il devrait produire des ondes radio que les radiotélescopes humains peuvent détecter. Et si les astronomes peuvent filtrer ces ondes de tout le bruit qui se trouve dans le reste de la galaxie, ils pourraient être capables de repérer ces trous noirs invisibles.
"Une façon naïve d'observer les IBH consiste à émettre des rayons X", ont écrit les chercheurs dans leur article, qui n'a pas encore été officiellement évalué par les pairs et qu'ils ont rendu public le 1er juillet sous forme de préimpression sur arXiv.
Pourquoi donc? À mesure que les trous noirs aspirent la matière de l'espace, cette matière à ses franges s'accélère et forme ce que l'on appelle un disque d'accrétion. La matière dans ce disque se frotte contre elle-même alors qu'elle tourne vers l'horizon des événements - le point de non-retour d'un trou noir - crachant des rayons X dans le processus. Mais les trous noirs isolés, qui sont petits par rapport aux trous noirs supermassifs, n'émettent pas beaucoup de rayons X de cette façon. Il n'y a tout simplement pas assez de matière ou d'énergie dans leurs disques d'accrétion pour créer de grandes signatures radiographiques. Et les recherches passées pour les IBH utilisant des rayons X n'ont pas produit de résultats concluants.
"Ces débits peuvent éventuellement rendre les IBH détectables dans d'autres longueurs d'onde", ont écrit les chercheurs, Daichi Tsuna de l'Université de Tokyo et Norita Kawanaka de l'Université de Kyoto, dans leur article. "Les flux sortants peuvent interagir avec la matière environnante et créer de forts chocs sans collision à l'interface. Ces chocs peuvent amplifier les champs magnétiques et accélérer les électrons, et ces électrons émettent un rayonnement synchrotron dans la longueur d'onde radio."
En d'autres termes, l'écoulement sortant à travers le milieu interstellaire devrait faire bouger les électrons à des vitesses qui produisent des ondes radio.
"Document intéressant", a déclaré Simon Portegies Zwart, astrophysicien à l'Université de Leiden aux Pays-Bas, qui n'était pas impliqué dans les recherches de Tsuna et Kawanaka. Portegies Zwart a également étudié la question des IBH, également appelés trous noirs de masse intermédiaire (IMBH).
"Ce serait un excellent moyen de trouver des IMBH", a déclaré Portegies Zwart à Live Science. "Je pense qu'avec LOFAR, de telles recherches devraient déjà être possibles, mais la sensibilité peut poser problème."
Les IBH, a expliqué Portegies Zwart, sont considérés comme un "lien manquant" entre les deux types de trous noirs que les astronomes peuvent détecter: des trous noirs de masse stellaire qui peuvent être de deux à peut-être 100 fois la taille de notre soleil, et des trous noirs supermassifs, les bêtes gargantuesques qui vivent au cœur des galaxies et font des centaines de milliers de fois la taille de notre soleil.
Les trous noirs de masse stellaire sont parfois détectables dans les systèmes binaires avec des étoiles régulières, car les systèmes binaires peuvent produire des ondes gravitationnelles et les étoiles compagnes peuvent fournir du carburant pour de grandes rafales de rayons X. Et les trous noirs supermassifs ont des disques d'accrétion qui émettent tellement d'énergie que les astronomes peuvent les détecter et même les photographier.
Mais les IBH, dans le milieu de gamme entre ces deux autres types, sont beaucoup plus difficiles à détecter. Il y a une poignée d'objets dans l'espace que les astronomes soupçonnent être des IBH, mais ces résultats sont incertains. Mais des recherches antérieures, y compris un article publié en 2017 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, dont Portegies Zwart est co-auteur, suggèrent que des millions d'entre eux pourraient se cacher.
Tsuna et Kawanaka ont écrit que la meilleure perspective pour une étude radio des IBH impliquait probablement l'utilisation du Square Kilometer Array (SKA), un radiotélescope en plusieurs parties qui devait être construit avec des sections en Afrique du Sud et en Australie. Il devrait avoir une superficie totale de collecte des ondes radioélectriques de 1 kilomètre carré (0,39 mille carré). Les chercheurs estiment qu'au moins 30 IBH émettent des ondes radio que le SKA sera en mesure de détecter lors de sa première phase de validation de principe, qui est prévue pour 2020. Plus tard, ont-ils écrit, le SKA complet (prévu pour le mi-2020) devrait pouvoir en détecter jusqu'à 700.
SKA devrait non seulement être capable de repérer les ondes radio de ces IBH, ont-ils écrit, mais il devrait également être en mesure d'estimer précisément la distance pour beaucoup d'entre eux. Quand ce moment viendra, enfin, tous ces trous noirs manquants devraient commencer à sortir de leur cachette.
