Une paire de trous noirs supermassifs pourrait entrer en collision d’ici trois ans
L‘étrange comportement d’une galaxie située à environ un milliard d’années-lumière suggère qu’elle pourrait être le théâtre de l’un des événements les plus attendus de l’astronomie moderne.
Les fluctuations de la lumière provenant du centre de la galaxie SDSS J1430+2303 ressemblent étrangement à une paire de trous noirs supermassifs d’une masse combinée d’environ 200 millions de soleils, destinés à une collision imminente.
Image d’entête : simulation de l’effet de lentille gravitationnelle dans une paire de trous noirs supermassifs en fusion. (NASA’s Goddard Space Flight Center/ Jeremy Schnittman et Brian P. Powell)
« Imminente », en termes cosmiques, peut souvent s’étendre sur des vies entières. Heureusement, dans ce cas, les astronomes prévoient que si le signal est bien le résultat de trous noirs colossaux, ils fusionneront dans les trois prochaines années.
C’est peut-être notre meilleure chance de voir deux trous noirs supermassifs entrer en collision… mais nous ne savons toujours pas si c’est ce qui se passe au cœur de J1429+2303. Les scientifiques conseillent de continuer à observer cette étrange galaxie pour voir si elle peut être identifiée de manière concluante.
La première détection de trous noirs en collision en 2015 a lancé une nouvelle ère audacieuse pour l’astronomie. Depuis, de nombreuses autres détections ont été réalisées grâce aux ondes gravitationnelles que ces événements massifs envoient en ondulant dans l’espace-temps.
Une simulation de la fusion de trous noirs dont les ondes gravitationnelles en résultant peuvent être détectées. (CNRS)
Jusqu’à présent, presque toutes ces fusions ont été des paires de trous noirs (trou noir binaire) dont les masses sont comparables à celles d’étoiles individuelles. Il y a une très bonne raison à cela. LIGO et Virgo, les instruments à ondes gravitationnelles responsables des détections, sont conçus pour cette gamme de masses.
Les ondulations plus lourdes générées par l’inspiration et la collision de trous noirs supermassifs, dont la masse est comprise entre des millions et des milliards de fois celle du Soleil, se situent dans une gamme de fréquences trop basse pour nos observatoires actuels.
Pourtant, la fusion d’une paire de trous noirs supermassifs serait une chose extraordinaire à observer. Même sans un détecteur capable de capter les ondes gravitationnelles de basse fréquence, les scientifiques s’attendent à voir une immense explosion de lumière dans tout le spectre.
Les données contenues dans cette explosion devraient nous en apprendre beaucoup sur le déroulement de ces événements. Nous ne sommes pas tout à fait sûrs de la façon dont les trous noirs supermassifs deviennent si gros, mais quelques indices suggèrent que l’un des mécanismes est la fusion binaire.
Nous savons que les galaxies ont des trous noirs supermassifs en leur centre et nous avons observé non seulement des paires et des groupes de galaxies entrant en collision, mais aussi des trous noirs supermassifs se tournant les uns autour des autres sur des orbites mutuelles décroissantes au centre de ces galaxies. Ces orbites sont déduites des oscillations de la lumière émise par le centre galactique de ces galaxies, sur des échelles de temps régulières qui suggèrent une orbite.
Simulation de l’effet de lentille gravitationnelle dans une paire de trous noirs supermassifs en fusion. (Jordy Devalaar/ Université Columbia)
Ceci nous ramène à J1430+2303. Au début de l’année, une équipe d’astronomes dirigée par Ning Jiang, de l’Université des sciences et technologies de Chine, a envoyé une étude sur le serveur de prépublication arXiv (lien plus bas), décrivant un comportement vraiment étrange. Sur une période de trois ans, les oscillations du noyau galactique sont devenues de plus en plus courtes, passant d’une période d’environ un an à un mois seulement.
Cependant, il n’est pas certain que ce qui se passe au cœur de J1430+2303 soit le résultat d’un trou noir binaire, et encore moins d’un trou noir sur le point d’exploser. Les noyaux galactiques sont des endroits étranges, qui émettent des signaux difficiles à interpréter. Il est donc possible que quelque chose d’autre soit à l’origine de la variabilité au cœur de J1430+2303.
Pour essayer d’aller au fond des choses, les astronomes se sont tournés vers les longueurs d’onde des rayons X. En utilisant les données de plusieurs observatoires à rayons X, couvrant une période de 200 jours, une équipe dirigée par Liming Dou de l’Université de Guangzhou en Chine a tenté d’identifier les signatures à haute énergie que l’on s’attendrait à voir dans un trou noir supermassif binaire proche sur une orbite décroissante.
Ils ont observé des variations dans la lumière X émise par la galaxie, ainsi qu’un type d’émission associé à la chute de fer sur un trou noir, que l’équipe a détecté avec un niveau de confiance de 99,96 % à partir de deux instruments différents. Cette émission peut être associée à des trous noirs supermassifs binaires, toutefois, l’équipe n’a pas pu mesurer les caractéristiques constituant la preuve qui confirmeraient un trou noir binaire.
L’analyse des observations radio publiées en juillet ne s’est pas non plus avérée concluante. Il semble donc que les chercheurs ne puissent pas encore affirmer avec certitude ce qui se passe avec J1430+2303.
En revanche, il semble que quelque chose de très étrange se passe au centre de la galaxie. Qu’il s’agisse d’un trou noir supermassif binaire sur le point d’entrer en collision ou non, J1430+2303 semble mériter une attention plus soutenue et plus détaillée.
L’étude en prépublication dans arXiv : X-ray view of a merging supermassive black hole binary candidate SDSSJ1430+2303: results from the first ~200 days observations.
