Le Soleil n'est pas seul. Autour de lui, dans un rayon de 50 années-lumière, les modèles placent quelques trous noirs nés de l'effondrement d'étoiles massives. Personne n'en a jamais vu un seul. Une équipe de l'université Fudan, à Shanghai, a fouillé les données de Gaia pour les débusquer. Elle revient avec cinq candidats et une conclusion prudente: ce ne sont probablement pas des trous noirs.

Des centaines de millions de trous noirs, presque aucun en vue

Une étoile très massive ne finit pas en cendres. Quand son cœur cède, rien ne l'arrête plus, la matière s'effondre sur elle-même et un trou noir stellaire se forme, un objet de quelques fois la masse du Soleil, si dense que même la lumière n'en ressort pas. La Voie lactée en abriterait entre 100 millions et 1 milliard. Et la plupart seraient isolés, sans étoile compagne.

Le problème tient en une phrase: un trou noir n'émet rien par lui-même. Tout ce qu'on sait de ces objets vient de la matière qui les entoure. Les mieux connus forment des couples avec une étoile. Le gaz de la compagne tombe vers le trou noir, s'enroule en disque, et ce disque devient si chaud qu'il brille en rayons X, en lumière visible et parfois en ondes radio. Gaia en a révélé trois en quelques années, dont Gaia BH1, à environ 1 500 années-lumière du Soleil. Isolés, sans rien à avaler, les mêmes objets deviennent des taches noires sur fond noir.

Un trou noir ne brille que s'il avale quelque chose

Entre les étoiles, il y a de la matière. Des atomes d'hydrogène, des grains de poussière, quelques molécules, un ensemble si ténu qu'on le croit vide alors qu'il remplit la Galaxie. Un trou noir qui traverse ce brouillard en capte une part. Le gaz tombe, s'échauffe et rayonne, d'autant plus fort que la matière arrive vite et en quantité.

Les auteurs ont calculé ce que ce rayonnement vaudrait pour un trou noir stellaire posé dans notre voisinage. Le résultat dépend d'un seul paramètre, la densité du gaz autour de lui. Ailleurs dans la Galaxie, les nuages sont denses et l'accrétion va bon train. Ici, le milieu interstellaire est si dispersé que le flux attendu tombe sous le seuil de tous les instruments actuels, et même de ceux qui arrivent.

Les nuages interstellaires, seule réserve de gaz du voisinage

Le Soleil navigue dans un archipel de nuages de gaz partiellement ionisé, séparés par du vide presque parfait. Le plus proche, le nuage interstellaire local, nous enveloppe en partie. L'ensemble de ces nuages occupe entre 5 et 20 % du volume des 15 parsecs qui nous intéressent.

C'est là que tout se joue. Hors de ces nuages, un trou noir isolé n'aurait pas de quoi se nourrir de façon détectable. Dedans, la densité suffit: le même objet devrait se signaler, faiblement mais réellement. Autrement dit, un trou noir à moins de 50 années-lumière n'a de chance d'être visible que s'il se trouve dans cet archipel, ce qui laisse au moins quatre chances sur cinq qu'il se cache dans du vide.

Pourquoi la méthode habituelle ne marche pas ici

L'autre voie serait purement gravitationnelle. Une masse, même invisible, déplace les étoiles autour d'elle. On mesure ce déplacement, on en déduit la masse. C'est ainsi qu'on a pesé Sgr A*, le trou noir géant du centre de la Galaxie, en suivant pendant des décennies les orbites des étoiles qui tournent autour.

Dans notre voisinage, la méthode se heurte à la rareté. Les étoiles y sont trop espacées pour qu'un trou noir isolé les fasse bouger de façon mesurable. Les auteurs l'écartent sans hésiter. Reste la microlentille, qui guette le grossissement d'une étoile d'arrière-plan lorsqu'une masse passe devant elle. C'est par ce biais qu'on a identifié le seul trou noir isolé jamais confirmé, OGLE-2011-BLG-0462, à environ 5 000 années-lumière, pour une masse d'environ 6 masses solaires. Mais la méthode exige un alignement fortuit, ne fournit qu'un événement unique, et ne garantit rien pour les objets les plus proches.

Cinq candidats, et un doute qui tient au plan galactique

L'équipe, menée par Abdurakhmon Nosirov et Cosimo Bambi, s'est donc tournée vers Gaia DR3, le catalogue de 1,8 milliard d'astres. Sa recherche vise les sources dont les propriétés trahissent un trou noir en accrétion, sans compagnon visible. Six sources sortent du crible. L'une est écartée, trop compatible avec une naine brune, cet objet trop léger pour allumer les réactions nucléaires qui font briller une étoile.

Il en reste cinq, tous à moins de 15 parsecs. Mais leur répartition met la puce à l'oreille: les cinq sont proches du plan de la Voie lactée, la bande où grouillent les étoiles. Or c'est exactement là que Gaia mesure le moins bien. Une étoile faible non résolue dans le champ, une binarité non modélisée, et la solution astrométrique part en vrille. Pour les auteurs, ces cinq sources sont probablement des artefacts de mesure, pas des trous noirs.

Carte du ciel entier en infrarouge par le satellite WISE: la bande de la Voie lactée traverse l'image de part en part, brillante en son centre.
Tout le ciel vu en infrarouge par WISE. La bande lumineuse est le plan de la Voie lactée, là où les cinq candidats de Gaia se trouvent, et là où les mesures de position sont les plus fragiles. Crédit : NASA/JPL-Caltech/UCLA.

Le test infrarouge et radio, puis l'espoir de SKA

Rester sur un doute ne suffit pas. Un trou noir qui avale du gaz doit rayonner dans l'infrarouge et dans le domaine radio. Les auteurs ont donc confronté les positions des cinq candidats à trois grands relevés du ciel. CatWISE, un catalogue infrarouge bâti sur les données du satellite WISE de la NASA. RACS, un relevé radio mené avec le réseau australien ASKAP. Et VLASS, le relevé du Very Large Array, au Nouveau-Mexique.

Rien. Aucune contrepartie à ces cinq positions. Et l'absence pèse: les seuils de ces catalogues tombent tout près des flux prédits par les modèles. Si les sources étaient des trous noirs en train d'avaler le milieu interstellaire, CatWISE aurait dû les voir.

Les grandes antennes blanches du radiotélescope ASKAP, en Australie-Occidentale, alignées sous un ciel dégagé.
Les antennes du réseau ASKAP, en Australie-Occidentale. Leurs données ont nourri le relevé radio RACS, l'un des trois catalogues consultés pour trancher. Crédit : Dave DeBoer, CSIRO, licence CC BY 3.0.

La conclusion s'écrit donc en creux. Le voisinage du Soleil ne contient probablement aucun trou noir détectable par son accrétion. Ce qui ne signifie pas qu'il n'y en a aucun. Un objet silencieux, hors de tout nuage dense, resterait invisible, et le restera tant qu'un instrument ne descendra pas sous les seuils actuels.

Les auteurs ne referment pas le dossier. Ils plaident pour un suivi dans plusieurs longueurs d'onde à la fois, radio, optique et rayons X, seul moyen d'écarter les autres interprétations possibles. Et ils attendent beaucoup de SKA, le grand radiotélescope en construction en Australie et en Afrique du Sud, dont une nouvelle salve de données est attendue début 2027. Sa sensibilité devrait atteindre des sources bien plus faibles que celles qu'on sait voir aujourd'hui.

En attendant, le trou noir le plus proche que nous connaissions reste à 1 500 années-lumière, et il trahit sa présence par l'étoile qu'il entraîne. Un trou noir isolé à 50 années-lumière, lui, n'aurait rien à trahir. Sauf un jour, dans les données d'un radiotélescope.

Infographie en trois cartes : 15 parsecs de rayon, 5 candidats, 0 contrepartie infrarouge ou radio.
Les trois chiffres de l'étude : le rayon fouillé, le nombre de candidats et le vide laissé par les relevés infrarouge et radio. Infographie TRACKER-1.

Pour aller plus loin