Des astronomes mesurent la paire de trous noirs la plus massive jamais trouvée

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Crédits : NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva/M. Zamani

Des astronomes ont récemment découvert la paire de trous noirs supermassifs la plus lourde jamais identifiée en utilisant les données d’archives du télescope Gemini North. Cette découverte met en lumière le mystère de longue date qui entoure la fusion de ces objets, un événement prédit théoriquement, mais jamais observé dans l’Univers.

Deux ogres distants de 24 années-lumière

Au cœur de la plupart des grandes galaxies réside un trou noir supermassif. Lors de la fusion de deux galaxies, leurs trous noirs centraux peuvent se rapprocher et former une paire binaire liée gravitationnellement. Bien que ces paires soient censées fusionner à terme, aucun cas de fusion n’a été directement observé, ce qui suscite des débats parmi les astronomes. Une étude publiée par une équipe internationale d’astronomes offre de nouveaux éclairages sur cette énigme.

Les chercheurs se sont concentrés sur une paire binaire située au sein de la galaxie elliptique B2 0402+379. Cette paire est unique dans le sens où elle représente le seul exemple de trous noirs supermassifs dont la séparation a pu être mesurée directement, révélant une distance incroyablement courte de seulement 24 années-lumière entre eux.

Malgré cette proximité, qui indiquerait une fusion imminente, les données montrent que la paire est restée dans cet état pendant plus de trois milliards d’années, ce qui soulève ainsi des questions sur les obstacles à leur fusion. Pour approfondir, l’équipe a exploité les données du spectrographe multi-objets de Gemini North, ce qui a permis de mesurer la vitesse des étoiles autour de ces deux trous noirs.

Une paire de trous noirs d’une masse de 28 milliards de soleils

Pour rappel, la gravitation universelle de Newton nous dit que plus la masse de l’objet central (dans ce cas, la paire de trous noirs supermassifs) est grande, plus la force gravitationnelle qu’il exerce sur les objets environnants (comme les étoiles) est importante. Cette force gravitationnelle plus importante se traduit par des vitesses orbitales plus élevées pour les étoiles proches. En mesurant la vitesse à laquelle les étoiles se déplacent autour des trous noirs, les astronomes ont ainsi pu utiliser les lois de la physique pour calculer la masse de l’objet qui exerce la force gravitationnelle.

Ces analyses ont révélé que la masse combinée de la paire atteint environ 28 milliards de fois celle du soleil, ce qui en fait la paire la plus massive jamais identifiée. Cette masse colossale fournit des indices sur la dynamique de la paire et explique pourquoi la fusion est si difficile à réaliser.

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Crédits : Caltech

Plus assez de matière pour fusionner

L’étude suggère que la formation de cette paire binaire supermassive résulte de multiples fusions de galaxies. B2 0402+379 est en effet identifié comme un « amas fossile » résultant de la fusion de plusieurs galaxies anciennes en une seule entité massive. La grande masse des trous noirs indique qu’ils ont probablement englouti plusieurs autres trous noirs plus petits au cours de ces fusions.

Les chercheurs expliquent que les trous noirs supermassifs ne se heurtent pas directement lors d’une fusion galactique. Au contraire, ils entrent dans une danse gravitationnelle et perdent progressivement de l’énergie à chaque orbite grâce à l’interaction avec les étoiles environnantes jusqu’à ce que les forces de rayonnement gravitationnel dominent et provoquent la fusion.

Cependant, pour cette paire particulièrement massive, le processus semble s’être arrêté. L’énorme quantité d’étoiles et de gaz nécessaire pour amener les trous noirs à leur proximité actuelle semble avoir été entièrement consommée, laissant le cœur de la galaxie dépourvu de matériel et empêchant toute progression vers une fusion.

L’avenir de cette paire demeure donc incertain. Ils pourraient potentiellement fusionner si une nouvelle fusion galactique apportait suffisamment de matière pour relancer le processus, bien que cela semble peu probable étant donné le statut d’amas fossile de B2 0402+379. Les chercheurs espèrent que des études supplémentaires fourniront davantage d’informations sur la présence de gaz dans le noyau de la galaxie, ce qui pourrait éclairer sur la possibilité d’une future fusion des trous noirs supermassifs.

Les détails de l’étude sont publiés dans The Astrophysical Journal.