Cygnus X-1

En astronomie, Cygnus X-1 est une binaire X à forte masse et fut le premier candidat trou noir clairement identifié.

Cygnus X-1
Image de Cygnus X-1 par le télescope spatial Chandra.
Données d’observation (Époque J2000.0)
Type de binaire X	Binaire X à forte masse
Ascension droite (α)	19h 58m 21,67s
Déclinaison (δ)	+35° 12′ 05,77″
Distance	~6 000 al (~1860 pc)
Constellation	Cygne
Localisation dans la constellation : Cygne
Objet compact
Type	Trou noir stellaire
Masse	8,7 ± 0,8 M☉
Étoile
Type spectral	O9.7 Iab
Masse	20 à 40 M☉
Magnitude apparente (V)	8,9
Magnitude absolue	−6,5 ± 0,2
Nom	HDE 226868, V1357 Cyg, HIP 98298
Orbite
Demi-grand axe	0.2 ua
Période	134,40 h
Découverte
Date	1964

Découverte

L'étude des systèmes binaires X est à l'origine du crédit croissant de la théorie des trous noirs dans la communauté scientifique. Les observations les plus importantes ont été faites dans les galaxies proches, à commencer par la nôtre, la Voie lactée. La découverte et l'étude précise du système binaire Cygnus X-1 a permis de fournir pour la première fois une indication tangible de l'existence d'un trou noir, objet astrophysique prédit par la théorie de la relativité générale.^[évasif]

Jusqu'au milieu du XX^e siècle, les trous noirs n'étaient que des prédictions mathématiques. En 1965, les premières observations dignes d'intérêt eurent lieu : une étoile, HD 226868, fut repérée par Louise Webster et Paul Murdin en orbite autour d'une source de rayons X. Ils appelèrent ce système binaire présumé Cygnus X-1 (1^re source X répertoriée dans la constellation du Cygne). Un peu plus tard, en 1971, Tom Bolton (en) identifia Cygnus X-1 comme un trou noir, en utilisant le télescope de l'observatoire David Dunlap à l'université de Toronto au Canada.

Vue d'artiste.

Les scientifiques en faveur des trous noirs^[Qui ?] proposèrent à l'époque l'idée selon laquelle l'étoile HD 226868 était en orbite très serrée autour du trou noir et que de la matière qui lui était arrachée spiralait vers le trou noir, puis, atteignant son horizon, provoquait des émissions de rayons X particulièrement importantes. On^[Qui ?] pensait alors que ce phénomène permettait dans le même temps à l'étoile de s'échapper de l'attraction de son voisin stellaire et que par conséquent le phénomène serait rare, ponctuel, voire jamais reproduit. Cependant, bien d'autres systèmes binaires tels que celui de Cygnus X-1 furent découverts ensuite, avec les mêmes rayonnements caractéristiques. En effet, on distingue aujourd'hui les binaires X dont le compagnon est une étoile massive (de type spectral O ou B (en)) ou de faible masse (pour les étoiles de type F à M), et qui alimentent un disque d'accrétion autour du trou noir grâce à un dépassement du lobe de Roche ou par vent stellaire respectivement.

Les observations du satellite Uhuru en 1971 relancèrent le débat scientifique à propos de Cygnus X-1. Premièrement, elles mirent en évidence le caractère irrégulier du rayonnement X. Deuxièmement, grâce aux lois de la gravitation, si l'on connaît la période de révolution et la masse de l'étoile, on peut déterminer la plus petite masse possible de l'autre objet du système. Le satellite Uhuru permit de déterminer avec précision cette période de révolution : 5,6 jours. Ainsi fut précisée la valeur de 6 masses solaires comme masse minimale pour le corps invisible. Cette valeur est au-dessus de la masse limite maximale pour les étoiles à neutrons et est donc considérée comme un indice fort que l'objet compact de Cygnus X-1 est un trou noir.

Caractéristiques physiques

Cygnus X-1 (qui est souvent abrégé Cyg X-1 par les astronomes) est une binaire X à forte masse, et contient une étoile supergéante comme compagnon. Ce dernier est une étoile variable avec une magnitude apparente de +8,9 (donc visible à l'œil avec de bonnes jumelles et dans de bonnes conditions). Les coordonnées de Cyg X-1 sont : ascension droite 19^h 58^m 21,67^s et déclinaison 35° 12′ 05,77″ (pour l'époque J2000.0).

Le type spectral du compagnon stellaire dans Cyg X-1 est O9-B0, et une classe de luminosité I (supergéante). La masse de cette étoile est autour de 20 à 30 masses solaires. Le trou noir a une masse comprise entre 7 et 13 $M_{\odot }$. Cyg X-1 est l'une des sources persistantes dans les rayons X durs (c'est-à-dire avec une énergie plus grande que 20 keV) les plus brillantes du ciel. Cyg X-1 est située à environ 1 860 parsecs, ou à peu près 6 000 années-lumière, de distance, telle que mesurée avec le VLBA entre 2009 et 2010.

Le trou noir de Cygnus X-1 fait environ 60 km de diamètre.

Formation

Jusqu'en 2011, les astronomes pensaient que le trou noir stellaire de Cygnus X-1 était explicable par l'explosion d'une supernova de type SN II, à partir d'une étoile au moins 30 fois plus massive que le Soleil. Or la formation d'une telle supernova entraine également la formation d'une nébuleuse, par la dispersion d'éléments résiduels. Des mesures de vitesses plus précises, et la localisation par le VLBA de ce système stellaire, situé à 6 070 années-lumière, ainsi que l’absence de nébuleuse, jettent une ombre sur ce premier scénario. Le trou noir serait dû à un simple effondrement gravitationnel, sans explosion d'une étoile en supernova, comme les travaux des théoriciens Robert Oppenheimer, George Volkoff et Hartland Snyder le prédisent.

Dans la culture

Connexions musicales

En 1977, Rush enregistra une chanson à propos d'un voyage imaginaire vers Cygnus X-1. La chanson apparaît dans l'album A Farewell to Kings. Une suite à cette chanson Cygnus X-1 Book II: Hemispheres (en) est donnée en 1978 dans leur album Hemispheres qui explore les possibilités d'un « autre côté » symbolique de Cygnus X-1. En 1993, Matthias Matthew Hoffmann utilise le pseudonyme de Cygnus X pour composer ses musiques Trance dont le titre le plus connu s'appelle The Orange Theme. En 1998, l'album Gold de Bethany Curve (it) contient aussi une chanson appelée Cygnus X-1. En 2001, Weezer ont aussi proposé une chanson instrumentale du même nom pour leur quatrième album intitulé Maladroit.

Connexions cinématographiques

Le Cygnus est le nom du vaisseau spatial qui s'apprête à explorer pour la 1^re fois un trou noir dans Le Trou noir de la Walt Disney Pictures.

Voir aussi

Bibliographie

• (en) M. Pandey, A. P. Rao, G. G. Pooley et al., « Low frequency radio monitoring of Cygnus X-1 and Cygnus X-3 », Astronomy and Astrophysics,‎ 4 octobre 2005 (lire en ligne [PDF], consulté le 14 avril 2019).
• (en) Gursky Herbert, Ruffini Remo et Stella Luigi, Exploring The Universe : A Festschrift In Honor Of R Giacconi, World Scientific, 27 septembre 2000 (lire en ligne).
• (en) Riccardo Giacconi (dir.), L. Kaper (dir.) et E.P.J. van den Heuvel (dir.), Black Holes in Binaries and Galactic Nuclei : Proceedings of the ESO Workshop Held at Garching, Germany, 6-8 September 1999, in Honour of Riccardo Giacconi, Diagnostics, Demography and Formation, Springer Science & Business Media, 26 février 2001, 378 p. (lire en ligne).

Articles connexes

• Astronomie en rayons X
• Cygnus X-3
• Liste de trous noirs
• Radioastronomie

Liens externes

• (en) Cygnus X-1 sur la base de données Simbad du Centre de données astronomiques de Strasbourg.
• Laurent Sacco, « Surprise : le trou noir de Cygnus X1 ne proviendrait pas d'une supernova », sur Futura science