Les astronomes ont analysé les vibrations d'une étoile géante rouge près d'un trou noir dormant, découvrant des preuves d'une fusion stellaire passée qui défie les attentes. L'étoile, faisant partie du système Gaia BH2, semble ancienne chimiquement mais jeune structurellement, tournant à une vitesse inhabituelle. Cette découverte remet en question les modèles d'évolution stellaire dans les binaires de trous noirs quiescents.
Des astronomes de l'Institute for Astronomy de l'Université d'Hawaiʻi ont examiné une étoile géante rouge orbitant autour d'un trou noir dormant dans le système Gaia BH2, identifié pour la première fois en 2023 par la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne. En utilisant des données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, l'équipe a détecté des « séismes stellaires » subtils — oscillations stellaires — qui ont révélé les propriétés internes de l'étoile, à l'image des séismes qui sondent le noyau de la Terre.
Ces vibrations indiquent que l'étoile a environ 5 milliards d'années, mais sa composition chimique riche en alpha, abondante en éléments lourds, suggère qu'elle devrait être bien plus vieille. « Les étoiles jeunes riches en alpha sont très rares et énigmatiques », a déclaré l'auteur principal Daniel Hey, scientifique de recherche à l'institut. « La combinaison de jeunesse et de chimie ancienne suggère que cette étoile n'a pas évolué isolément. Elle a probablement acquis une masse supplémentaire d'une compagne, soit par fusion, soit en absorbant de la matière lors de la formation du trou noir. »
Des observations supplémentaires de télescopes au sol montrent que l'étoile tourne une fois tous les 398 jours, plus vite que prévu pour une géante rouge solitaire de son âge. Le co-auteur Joel Ong, Hubble Fellow de la NASA à l'institut, a noté : « Si cette rotation est réelle, elle ne peut s'expliquer par le spin natal de l'étoile seule. L'étoile doit avoir été accélérée par des interactions de marée avec sa compagne, ce qui renforce l'idée que ce système a une histoire complexe. »
L'étude a également examiné Gaia BH3, un autre système de trou noir dormant, où l'étoile compagne n'a montré aucune oscillation attendue malgré une faible teneur en métaux, incitant à des révisions des théories actuelles. Les trous noirs dormants comme ceux-ci n'émettent pas de rayons X, les rendant difficiles à détecter ; les astronomes s'appuient sur le suivi des mouvements stellaires. Les résultats, publiés dans l'Astronomical Journal, soulignent comment de tels systèmes remodèlent la compréhension des trous noirs dans la Voie lactée. Les futures observations de TESS visent à confirmer l'hypothèse de fusion et à détailler le développement de ces binaires.