Deux étoiles photobombant la galaxie la plus proche se révèlent être deux immenses trous noirs en passe de fusionner

Une photo (image d’entête) de notre voisine galactique, Andromède (M31), a révélé quelque chose d’inattendu, une source de rayons X initialement estimés provenir de l’intérieur de cette galaxie, mais qui s’est avérée 1000 fois plus lointaine.

(Image d’entête : rayon-X : NASA/ CXC/ Univ. de Washington/ T.Dorn-Wallenstein et col.; Optique : NASA/ ESA/ J. Dalcanton, et col. & R. Gendler)

En utilisant les données de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et des télescopes optiques au sol, les astronomes ont découvert un trou noir binaire supermassif (un couple de deux immenses trous noirs qui se tournent autour…) qui pourrait être le plus étroitement réuni jamais découvert.

Il est désigné J0045 + 41 et les astronomes ont d’abord crus qu’il s’agissait d’une étoile dans la galaxie d’Andromède, qui, à 2,5 millions d’années-lumière, est relativement proche de nous et elle (la galaxie) fusionnera probablement avec la Voie Lactée dans 4 milliards d’années.

Précédent GIF réalisé à partir de l’image la plus détaillée d’une partie de la galaxie d’Andromède révélant un immense tapis d’étoiles. (NASA/ ESA)

Selon le responsable de la recherche, Trevor Dorn-Wallenstein, de l’université de Washington à Seattle :

Nous cherchions un type spécial d’étoile dans M31 (galaxie d’Andromède) et nous pensions en avoir trouvé un. Nous avons été surpris et excités de trouver quelque chose de bien plus étrange !

Alors qu’il pensait qu’il était à l’intérieur d’Andromède, les chercheurs ont classé J0045 + 41 comme une paire d’étoiles ayant une orbite de 76 jours. Mais les données de Chandra ont montré que l’intensité du signal de rayons X était trop puissante pour correspondre à cette classification. Dorn-Wallenstein a pensé que c’était peut-être un trou noir binaire et une étoile à neutrons, alors il a commencé à l’étudier pour le découvrir. Les données spectrales du télescope Gemini North à Hawaï ont montré que J0045 + 41 devait contenir au moins un trou noir supermassif, ce qui a permis aux chercheurs de calculer la distance de l’objet.

La puissante source de rayons X s’est avérée être à 2,6 milliards d’années-lumière et la cause la plus probable de son existence serait une paire de trous noirs supermassifs enfermés dans une orbite assez serrée.

Ensemble, les deux trous noirs ont une masse totale de 200 millions de fois celle du Soleil (masse solaire). Le trou noir au centre de notre galaxie la Voie Lactée, Sagittaire A*, a une masse d’environ 4 millions de fois celle du Soleil. Et ils sont aussi en orbite l’un près de l’autre à seulement quelques centaines de fois la distance entre la Terre et le Soleil, moins d’un centième d’une année-lumière.

L’équipe pense que les deux trous noirs auraient pu être au centre de galaxies et se seraient réunis lorsque les deux galaxies ont fusionné. Ils se sont lentement attirés mutuellement par leur gravité et vont, à un moment donné, entrer en collision/ fusionner.

Comme ils le notent, les chercheurs sont incapables de déterminer précisément la masse des trous noirs et donc de déterminer quand va avoir lieu cette collision. Cela pourrait être entre 350 et 360 000 ans.

Bien que la fusion des deux trous noirs produirait des ondes gravitationnelles, celles-ci ne seraient pas détectables par nos actuels détecteurs d’ondes gravitationnelles, le LIGO et le Virgo.

Selon Dorn-Wallenstein :

Les fusions de trous noirs supermassifs se produisent au ralenti par rapport aux trous noirs de masse stellaire. Les changements beaucoup plus lents des ondes gravitationnelles d’un système comme J0045 + 41 peuvent être mieux détectés par un type d’installation différent, appelé Pulsar Timing Array*.

*Pulsar Timing Array : les pulsars sont des étoiles à neutrons hautement magnétisées et à rotation rapide qui émettent des ondes radioélectriques à partir de leurs pôles magnétiques qui, en raison de la rotation de l’étoile, sont observés sur Terre sous la forme d’une série d’impulsions. En raison de la densité extrêmement élevée des étoiles à neutrons, leurs périodes de rotation sont très stables, ainsi le “temps d’arrivée” observé des impulsions est très régulier. Ces temps d’arrivée sont appelés TOA (Time of Arrival) et peuvent être utilisés pour effectuer des mesures de grande précision du temps.

Présentation de la découverte par l’équipe de l’observatoire Chandra :

L’étude publiée dans The Astrophysical Journal : A Mote in Andromeda’s Disk: A Misidentified Periodic AGN behind M31 et en accès libre sur ArXiv.