Observer · Ciel profond

M60, la géante de la Vierge qui garde un trou noir de 4,5 milliards de soleils

À l'oculaire, une simple boule ronde et cotonneuse au noyau vif — l'une des galaxies les plus faciles de l'amas de la Vierge dès 100 mm. Mais cette elliptique géante cache trois records : un trou noir central parmi les plus massifs jamais pesés, une petite spirale bleue collée à son flanc qu'elle commence tout juste à disloquer, et une galaxie satellite si tassée qu'elle est l'une des plus denses de l'Univers connu. Voici ce qu'est vraiment M60, ce que votre télescope en montre, et comment l'accrocher au printemps.

4 ,5 milliards: de masses solaires : le trou noir central, l'un des plus massifs jamais mesurés
55: millions d'années-lumière : la distance de M60 (16,7 Mpc)
127 000 al: de diamètre : M60 dépasse d'un bon tiers la Voie lactée
4745: amas globulaires en orbite, l'un des plus riches essaims connus
25 ′: la séparent de sa voisine M59 : les deux tiennent dans un même champ

Ce que c'est

Une elliptique géante à l'angle est de l'amas

M60 au catalogue de Messier, NGC 4649 au New General Catalogue : une galaxie elliptique géante de type E2, tout en vieilles étoiles jaunes, sans le moindre bras spiral. Rien qu'un ovale d'étoiles éclatant au centre et s'estompant sans frontière nette. Son corps couvre quelque 127 000 années-lumière — un bon tiers de plus que la Voie lactée — pour une taille apparente de 7,4′ × 6,0′, à peine un cinquième de la pleine Lune. Sa lumière nous parvient depuis 54,5 millions d'années-lumière (16,7 Mpc), et elle s'éloigne à 1 110 km/s, emportée par l'expansion de l'amas.

M60 : une boule elliptique lumineuse, très brillante au centre, se fondant sans bord net dans le fond du ciel — M60 (NGC 4649) — NOIRLab/NSF/AURA (CC BY 4.0)

La troisième plus brillante de l'amas de la Vierge

M60 tient l'extrémité est de l'amas de la Vierge, l'essaim de galaxies le plus proche et le plus peuplé accessible aux amateurs, à la lisière de la Chevelure de Bérénice. Avec sa magnitude 8,8, elle est la troisième elliptique la plus brillante de tout l'amas, derrière M49 et M87 — assez lumineuse pour l'accrocher dès un 100 mm, là où la plupart de ses voisines réclament bien plus de diamètre. C'est, de fait, l'une des meilleures portes d'entrée dans l'amas pour un petit instrument. L'amas lui-même se raconte sur sa propre page : ici, on reste sur M60.

Un cortège de 4 745 amas globulaires

Autour de M60 orbite un immense essaim d'amas globulaires — ces boules serrées de vieilles étoiles. Une étude Hubble de 2008 en a compté environ 4 745, l'un des systèmes les plus riches connus dans l'Univers proche, à comparer aux quelque 150 de notre propre Voie lactée. C'est parmi eux que se cache l'objet le plus étrange de la galaxie, mais nous y venons : il faut d'abord peser ce qui règne au centre.

Une lumière plus vieille que les grands singes

La lueur que votre œil capte de M60 a quitté la galaxie il y a près de 55 millions d'années, alors que la Terre sortait à peine de la disparition des dinosaures. Vous ne voyez pas M60 telle qu'elle est aujourd'hui, mais telle qu'elle était avant même l'apparition des primates. Comme souvent avec ces géantes, l'essentiel de son intérêt tient à ce que la science en a appris — à commencer par le monstre invisible tapi dans son cœur.

Le cœur

Un trou noir de 4,5 milliards de soleils, à l'arrêt

L'un des plus massifs jamais mis sur la balance

En 2010, une équipe combinant Hubble et le télescope Gemini a « pesé » le trou noir central de M60 en mesurant la vitesse des étoiles qui tournoient autour : le verdict tombe à (4,5 ± 1,0) milliards de masses solaires. C'est plus de mille fois le trou noir de notre Voie lactée, et l'un des plus massifs jamais mesurés dans l'Univers proche. À cette masse, l'horizon des événements dépasserait à lui seul l'orbite de plusieurs systèmes solaires.

Un monstre endormi

Contrairement à certains de ses cousins qui crachent des jets de plasma, le trou noir de M60 est aujourd'hui inactif : il n'avale presque plus de matière et n'émet donc ni jet radio ni éclat de noyau. C'est un géant assoupi. Rien de tout cela n'atteindra jamais votre oculaire — mais en pointant cette boule grise, vous visez l'adresse exacte de l'un des trous noirs les plus lourds du ciel de printemps.

La paire

Arp 116 : la spirale bleue collée à la géante rouge

Serrée contre le flanc nord-ouest de M60, à 2,5′ à peine, une petite galaxie spirale, NGC 4647 (type SAB(rs)c, magnitude 11,9), forme avec la géante le duo catalogué Arp 116. Le contraste est saisissant : d'un côté l'elliptique rouge, tout en vieilles étoiles ; de l'autre la spirale bleue, jeune et piquetée de régions de formation d'étoiles. Sur les images, leurs disques se chevauchent. Les observations Hubble de 2012 ont tranché un vieux débat : l'interaction gravitationnelle entre les deux ne fait que commencer — pas encore de flambée d'étoiles arrachée par les marées, mais les premiers ponts de matière se tendent.

M60 (à gauche, grande boule dorée) et la petite spirale bleue NGC 4647 (à droite) dont les disques se chevauchent, vues par Hubble — M60 et NGC 4647 (Arp 116) — NASA, ESA / Hubble (CC BY 3.0)

Le satellite

M60-UCD1, l'une des galaxies les plus denses de l'Univers

Parmi le peuple d'amas globulaires de M60 se cachait un intrus. En 2013, les astronomes identifient M60-UCD1, une galaxie naine ultra-compacte : environ 200 millions de masses solaires tassées dans un mouchoir de poche. La moitié de ses étoiles tiennent dans une sphère de 160 années-lumière de diamètre — soit, par endroits, plus de cent étoiles par année-lumière cube, quand notre voisinage solaire n'en compte qu'une. C'était alors la galaxie la plus dense jamais connue : depuis M60-UCD1, le ciel nocturne serait constellé de milliers d'étoiles brillantes.

M60 avec, en encart, le minuscule point de M60-UCD1, galaxie naine ultra-compacte tout près de la géante — M60 et sa naine ultra-compacte M60-UCD1 — NASA / Hubble (domaine public)

Un trou noir qui pèse 10 % de sa galaxie

En 2014, on découvre en son cœur un trou noir supermassif de 20 millions de masses solaires — soit près de 10 % de la masse totale de la galaxie. Chez nous, ce rapport est de l'ordre du dix-millième. Une telle démesure ne s'explique pas si M60-UCD1 était née petite : le trou noir est bien trop lourd pour ce corps minuscule.

Le squelette d'une galaxie dévorée

L'hypothèse qui tient la corde : M60-UCD1 serait le noyau dépouillé d'une galaxie autrefois normale, riche de quelque 10 milliards d'étoiles, dont M60 aurait arraché toute l'enveloppe lors d'une rencontre il y a 10 milliards d'années. Ce qu'on voit aujourd'hui n'est que le cœur survivant, le noyau nu resté en orbite. M60 serait ainsi coupable d'un cannibalisme galactique dont la victime tourne encore autour d'elle.

En images

M60 sous les grands instruments

Comprendre

De la boule solitaire de l'oculaire au couple révélé par Hubble

Faites glisser le curseur : à gauche, M60 telle qu'un télescope amateur la montre — une boule floue, seule. À droite, ce que Hubble dévoile : la petite spirale bleue NGC 4647 accolée à son flanc.

M60 — la boule solitaire du visuel, puis la paire Arp 116 par Hubble

M60 en vue d'ensemble : un ovale lumineux et solitaire, tel qu'on le voit au télescope

M60 par Hubble avec la spirale bleue NGC 4647 collée à son flanc

À l'oculaire

Ce que M60 montre vraiment, instrument par instrument

M60 selon votre instrument
Avec quoi	Ce que vous atteignez
Jumelles 15×70	sous un ciel noir sans lune, une pâleur ronde à la limite du perceptible — objet difficile aux jumelles
Lunette 80 mm	une petite tache ronde et floue, plus vive au centre ; M59 apparaît dans le même champ à 25′ à l'ouest
Télescope 100–150 mm	un disque net au noyau brillant, l'une des galaxies les plus faciles de l'amas — la meilleure porte d'entrée dès ce diamètre
200 mm	la boule s'affirme ; la spirale NGC 4647 se devine comme un halo pâle accolé sous un très bon ciel
300 mm / photo	le halo s'étend et NGC 4647 se détache franchement ; la naine M60-UCD1, elle, reste hors de portée du visuel
Aucune ligne ne correspond au filtre.

Repérer

L'angle est de l'amas, sous la Chevelure de Bérénice

Partez de Denebola

Le soir de printemps, cherchez d'abord Denebola, l'étoile bleutée qui marque la croupe du Lion, tout en haut à l'ouest. Elle ouvre la porte est de l'amas : c'est de là qu'on plonge vers M60.
Tirez vers Vindemiatrix, dans la Vierge

Tendez une ligne d'est-sud-est vers Vindemiatrix, discrète étoile de la Vierge (magnitude 2,8). L'amas grouille de petites taches entre ces deux repères, mais M60 se tient à l'extrémité EST, du côté de Vindemiatrix.
Accrochez d'abord le couple M60–M59

Deux boules floues à 25′ l'une de l'autre marquent le bord est de l'amas. M60 est la plus brillante et la plus à l'est : une fois ce couple identifié, vous tenez la porte d'entrée orientale.
Attaquez en avril–mai, l'amas au plus haut

À cette saison, vers 22 h, la Vierge culmine plein sud depuis la France, loin de la turbulence de l'horizon. C'est la seule vraie fenêtre pour fouiller l'amas confortablement.

M60 — carte d'identité
Repère	Valeur
Type d'objet	galaxie elliptique géante (E2), 3ᵉ plus brillante de l'amas de la Vierge
Constellation	Vierge — angle est de l'amas, à la lisière de la Chevelure de Bérénice
Magnitude	8,8
Distance	≈ 55 millions d'années-lumière (16,7 Mpc)
Taille apparente	7,4′ × 6,0′ (un cinquième de la pleine Lune)
Saison	printemps — avril-mai, au plus haut au méridien
Instrument minimal	100 mm pour l'accrocher nettement ; carte détaillée conseillée (champ dense)
Aucune ligne ne correspond au filtre.

Un peu d'histoire

D'une comète de 1779 aux records du XXIᵉ siècle

11 avril 1779
Johann Gottfried Koehler découvre M60 en suivant la grande comète de cette année-là. Charles Messier, à la chasse à la même comète, la repère quatre jours plus tard et l'inscrit à son catalogue — au passage, il note aussi la voisine M59.
1784
William Herschel, le 15 mars, débusque la petite spirale accolée NGC 4647 que Messier n'avait pas séparée de la géante : la paire Arp 116 est complète.
2008
Une étude Hubble recense environ 4 745 amas globulaires en orbite autour de M60, l'un des systèmes les plus riches connus.
2010
Hubble et Gemini pèsent le trou noir central à 4,5 milliards de masses solaires en chronométrant les étoiles de son cœur.
2013
La naine ultra-compacte M60-UCD1 est identifiée : l'une des galaxies les plus denses jamais mesurées, avec plus de cent étoiles par année-lumière cube.
2014
On trouve au centre de M60-UCD1 un trou noir de 20 millions de masses solaires — 10 % de sa masse — trahissant son passé de galaxie dépouillée.

L'avis de Luc

M60 sert de balise au bord oriental de l'amas de la Vierge : la plus vive et la plus à l'est du couple qu'elle forme avec M59, deux boules grises presque identiques à 50× dans un 200 mm. C'est par là que commencent les soirées d'avril. La spirale NGC 4647, tout contre, ne se devine qu'à 120×, une nuit vraiment noire, et du bout de l'œil. Une carte détaillée n'a rien d'optionnel : à 25′ près, toutes ces taches se ressemblent, et trois minutes suffisent à s'égarer.

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