Au cœur de cette galaxie lointaine se trouvent non pas 1, mais 2 trous noirs

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Oeuvre représentant les doubles jets quasar au cœur de la galaxie blazar OJ 287. (Crédits : NASA/JPL–Caltech/R. Hurt (IPAC) et M. Mugrauer (AIU Jena))

Des astronomes ont récemment observé un phénomène remarquable à quatre milliards d’années-lumière de la Terre. Un système de trous noirs dans une galaxie active s’est en effet éclairé de façon spectaculaire lorsque l’un des deux ogres cosmiques a traversé le disque d’accrétion de l’autre, créant pendant un bref instant un double quasar.

Les fondements des trous noirs binaires

Les trous noirs binaires naissent souvent de la fusion chaotique de galaxies, un processus tumultueux où les trous noirs centraux des galaxies parentes se rapprochent lentement au fil du temps. Cette rencontre épique déclenche une danse gravitationnelle qui peut durer des millions, voire des milliards d’années. Comprendre ce processus est essentiel pour explorer l’évolution des galaxies et la croissance des trous noirs supermassifs.

Les observatoires modernes, qu’ils soient terrestres ou spatiaux, ont ouvert la voie à la détection directe et indirecte de ces trous noirs binaires à travers l’Univers. Les astronomes emploient diverses méthodes pour les étudier, incluant l’observation des émissions de rayons X émanant des disques d’accrétion qui entourent ces trous noirs, ainsi que la détection des ondes gravitationnelles émises lors de leurs orbites serrées et de leur éventuelle fusion. Ces techniques révèlent les caractéristiques uniques des binaires, telles que leurs périodes orbitales, leurs masses et leurs distances.

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Illustration d’un trou noir au centre d’une galaxie. Crédits : ClaudioVentrella/istock

Le cas d’OJ 287

Un exemple fascinant de trou noir binaire est le système OJ 287, situé à environ quatre milliards d’années-lumière de la Terre. Ce système a captivé l’attention des astronomes grâce à ses caractéristiques uniques et ses phénomènes observés. Il se compose d’un trou noir supermassif primaire, estimé à environ 18,35 milliards de masses solaires, et d’un compagnon plus petit avec une masse d’environ 150 millions de masses solaires.

Les observations à long terme de OJ 287 ont révélé des éruptions périodiques intrigantes, interprétées comme les manifestations des interactions dynamiques entre ces deux trous noirs. Selon les modèles actuels, le compagnon plus petit orbite le trou noir primaire sur une orbite allongée, se rapprochant périodiquement tous les douze ans environ. À chaque passage rapproché, le compagnon perturbe le disque d’accrétion qui entoure le trou noir primaire, déclenchant alors des événements spectaculaires.

Les récentes observations effectuées par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA ont confirmé ces modèles avec une précision sans précédent. En novembre 2021, TESS a en effet capturé une éruption lumineuse de OJ 287, caractérisée par une augmentation significative de luminosité sur une période de douze heures environ. Cette émission intense a été interprétée comme la manifestation d’un jet de quasar généré par l’interaction entre les deux trous noirs.

Ces observations ont permis aux scientifiques de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la dynamique complexe des trous noirs binaires comme OJ 287. En scrutant ces phénomènes, ils espèrent également obtenir des indices cruciaux sur la formation et l’évolution des galaxies, ainsi que sur les processus physiques extrêmes à l’œuvre dans l’Univers.

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