Quels sont les objets les plus lourds de l'univers?

L'univers est un grand endroit - vraiment grand - et il est rempli d'objets merveilleusement pesants. Les plus lourds d'entre eux sont tous les trous noirs et les étoiles à neutrons. En fait, ils pèsent tellement qu'il est presque impossible d'enrouler votre tête autour de chiffres aussi éloignés de la balance. Voici un aperçu de ces puissants mystères.

Trous noirs

Lorsque la matière est emballée dans un espace infiniment dense, l'attraction gravitationnelle peut être si puissante que rien ne s'échappe, y compris la lumière. C'est un trou noir. Les scientifiques ne peuvent pas les voir, mais ils peuvent observer leur impact gigantesque sur les objets et la matière à proximité. Leur conclusion? Les trous noirs sont l'une des choses les plus lourdes de l'univers.

Il existe de nombreux types de trous noirs. Les trous noirs les plus communs sont de masse stellaire, dont la masse est de trois à 20 fois supérieure à celle de notre soleil. C'est gros, mais les vrais gros frappeurs sont leurs homologues supermassifs. Ces géants peuvent être des milliards de fois plus massifs que notre soleil.

Pour la perspective, le soleil pèse environ 333 000 fois plus que la Terre (qui elle-même pèse environ 13 milliards de milliards de tonnes). Vu d'une autre manière, environ 1, 3 million de Terres pourraient entrer dans le soleil.

Les scientifiques ne comprennent pas bien comment se forment les trous noirs supermassifs, mais ils croient qu'ils habitent le centre de chaque galaxie, y compris notre propre voie lactée. Voici quelques-uns des supermassifs les plus massifs actuellement connus.

1. Trou noir dans la galaxie NGC 4889. Ce goliath intergalactique sans nom est l'actuel champion des poids lourds. Situé dans la constellation du Coma Bérénices à environ 300 millions d'années-lumière de la Terre, il a une masse 21 milliards de fois supérieure à notre soleil. En comparaison, le trou noir supermassif au centre de notre galaxie de la Voie lactée - Sagittaire A * - n'est que 3 à 4 millions de fois plus massif que le soleil.

La galaxie elliptique géante NGC 4889, représentée au centre, abrite le trou noir supermassif le plus lourd connu. (Photo: NASA et ESA / Wikimedia Commons)

2. Trou noir dans le quasar OJ 287. Ce colosse supermassif se cache à environ 3, 5 milliards d'années-lumière et pèse 18 milliards de soleils. Il fait partie d'un quasar, un objet en forme d'étoile très lumineux composé d'un trou noir supermassif entouré d'un disque d'accrétion de matière en spirale et de gaz. Lorsque ce matériau est aspiré dans le trou noir, il se réchauffe, ce qui entraîne des jets de rayonnement lumineux.

Ce qui rend OJ 287 si intéressant, ce sont ses explosions de lumière inhabituelles, qui se produisent environ tous les 12 ans. Le plus récent s'est produit en décembre 2015. Les chercheurs pensent maintenant que le trou noir supermassif du quasar fait en fait partie d'un système binaire avec un deuxième trou noir supermassif plus petit en orbite autour. Tous les 12 ans, le partenaire le plus petit (dont la masse est estimée à 100 millions de soleils) se rapproche suffisamment pour traverser le disque d'accrétion du plus grand trou noir et déclencher l'éclat lumineux.

3. Trou noir dans la galaxie NGC 1277. À quelque 250 millions d'années-lumière de la constellation de Persée, habite un autre monstre céleste estimé à 17 milliards de fois plus massif que notre soleil. Bizarrement, ce trou noir supermassif représente environ 14% de la masse de sa galaxie - un rapport beaucoup plus élevé que celui observé dans les galaxies plus typiques. Les chercheurs pensent que NGC 1277 pourrait représenter un nouveau type de système trou-galaxie noire.

Nul doute que des trous noirs supermassifs encore plus lourds seront éventuellement découverts. Une zone mûre pour l'exploration se trouve dans les amas de galaxies les plus grands et les plus rayonnants de l'univers. Les scientifiques en ont déjà dénombré plusieurs dans ces régions avec des masses égales à 10 milliards de soleils.

Étoiles à neutrons

Des étoiles nettement plus massives que notre soleil (de taille moyenne) finissent leur vie dans une explosion de supernova. Selon leur taille, deux choses se produisent. La plus grande de ces étoiles implose de sa propre force gravitationnelle énorme et devient des trous noirs de masse stellaire. Les petites étoiles qui ne sont pas assez massives pour s'effondrer dans des trous noirs finissent par se comprimer en des étoiles à neutrons ridiculement denses.

Coupe d'une étoile à neutrons, l'un des objets les plus lourds de l'univers. (Photo: NASA / Wikimedia Commons)

Ces restes de supernova ultra-compacts mesurent seulement 6 à 12 miles de diamètre (environ la taille d'une petite ville) mais ont la masse de 1, 5 soleils. Cela en fait l'un des objets les plus lourds de l'univers. Comme le note Andrew Melatos, professeur à l'École de physique de l'Université de Melbourne: "Une cuillère à café d'étoile à neutrons pèserait environ un milliard de tonnes." Cela équivaut au poids de 3 000 bâtiments de l'Empire State.

Voici le plus lourd des lourds:

1. PSR J1614-2230. Située à 3000 années-lumière de là, cette étoile à neutrons de taille géante a une masse de deux soleils emballés dans un espace de la taille du centre-ville de Londres. Le PSR J1614-2230 est un pulsar, une étoile à neutrons à rotation rapide qui émet des faisceaux de rayonnement électromagnétique qui balayent le ciel comme une balise de phare. Celui-ci tourne environ 317 fois par seconde. On pense que de nombreuses étoiles à neutrons commencent comme des pulsars, mais finissent par ralentir et cesser d'émettre des ondes radio. Le PSR J164-2230 a un compagnon en orbite, une étoile naine blanche formée après l'effondrement d'une étoile de faible masse inférieure à 10 fois la masse de notre soleil.

2. PSR J0348 + 0432. À seulement 12 miles de diamètre, cette étoile à neutrons similaire est également un pulsar avec la masse de deux soleils et a un compagnon nain blanc en orbite.

Les scientifiques ont récemment formé leurs yeux sur une collision de deux étoiles à neutrons situées à 130 millions d'années-lumière dans la galaxie NGC 4993. Le smash-up, surnommé kilonova, a été observé en août 2017 et pourrait avoir abouti à une étoile à neutrons hyper-massive (peut-être le plus grand jamais observé) ou un trou noir.

En savoir plus sur la collision dans cette vidéo.

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