Une petite anomalie dans les mesures du satellite Gaia peut aider à peser des objets invisibles autour des étoiles. Des astronomes ont montré que ce « bruit astrométrique » contient des informations sur l’orbite d’un compagnon caché.
Gaia mesure très précisément la position des étoiles : lorsqu’une étoile possède un compagnon, les deux objets tournent autour d’un même centre de gravité. Depuis la Terre, l’étoile visible paraît alors effectuer un léger mouvement de va-et-vient dans le ciel.
L’observatoire spatial Gaia.
Image Wikimedia
Ce déplacement reste parfois trop faible ou trop incomplet pour que Gaia reconstruise toute l’orbite. Le catalogue Gaia DR3 signale alors un « excès de bruit astrométrique ». Cette valeur indique que les positions observées s’écartent davantage que prévu du trajet d’une étoile isolée.
Les chercheurs ont voulu savoir si cet écart pouvait révéler l’inclinaison de l’orbite. Cet angle indique comment le système est orienté par rapport à notre ligne de visée. Il est important pour calculer la masse du compagnon, car une même variation de vitesse peut correspondre à des masses très différentes selon l’orientation.
Pour chaque système, l’équipe a simulé de nombreuses orbites possibles. Elle a fait varier leur inclinaison, puis calculé le niveau de bruit astrométrique que Gaia aurait dû mesurer dans chaque cas. Les chercheurs ont ensuite comparé ces valeurs simulées au bruit réellement enregistré dans Gaia DR3.
La méthode a d’abord été testée sur 221 systèmes binaires dont l’orbite était déjà connue par d’autres analyses. Pour 83.7 % d’entre eux, la plage d’inclinaisons calculée avec le nouveau procédé contenait la valeur publiée par Gaia. Le test vérifie donc que la méthode retrouve généralement une orientation déjà connue.
Les résultats sont meilleurs lorsque le mouvement de l’étoile est plus visible. Pour les systèmes produisant le signal astrométrique le plus net, la bonne inclinaison se trouvait dans la plage calculée dans environ 92.1 % des cas.
Les astronomes ont ensuite appliqué la méthode à Gaia BH1, Gaia BH2 et LB-1, trois systèmes soupçonnés d’abriter un compagnon sombre. Elle a resserré les valeurs possibles pour l’inclinaison et la masse. Elle ne prouve cependant pas, à elle seule, que l’objet invisible est un trou noir.
Un compagnon non visible peut aussi être une étoile très faible, une naine blanche ou un autre résidu stellaire. Gaia DR4 doit fournir davantage de positions individuelles prises à différentes dates. Ces données permettront de reconstruire plus directement les mouvements orbitaux et d’améliorer encore les estimations de masse.
