La paire de trous noirs la plus lourde observée à ce jour pèse 28 milliards de fois plus que le Soleil
Une galaxie située à quelque 750 millions d’années-lumière a été découverte, abritant la paire de trous noirs supermassifs la plus puissante observée à ce jour.
Image d’entête : représentation artistique d’un binaire de trou noir supermassif . (NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. daSilva/ M. Zamani)
La masse combinée de ces deux trous noirs représente 28 milliards de fois la masse du soleil. Bien qu’il existe certainement des trous noir individuel qui dépassent cette masse, la paire, tapie dans une galaxie appelée B2 0402+379, représente le binaire de trou noir le plus chaotique découvert à ce jour. Ils présentent en outre plusieurs propriétés particulières qui aident les astronomes à comprendre ce qui arrive à ces géants lorsqu’ils s’unissent.
La croissance des trous noirs jusqu’à ce qu’ils atteignent une taille supermassive est un processus mystérieux dont les aléas sont en grande partie inconnus. Les petits trous noirs se forment à partir de l’effondrement du cœur d’étoiles massives qui ont brûlé leur combustible atomique et ne peuvent plus briller. Ces trous noirs de masse stellaire peuvent croître en entrant en collision les uns avec les autres pour produire des objets trop massifs pour se former par la voie de l’effondrement du/ de cœur.
Il doit exister une méthode permettant aux trous noirs d’atteindre des proportions supermassives, des millions ou des milliards de fois la masse du Soleil. Il semble raisonnable de supposer que si les petits trous noirs peuvent fusionner, les plus gros devraient pouvoir le faire aussi, une série de fusions hiérarchiques produisant finalement les trous noirs géants qui se trouvent au cœur de chaque galaxie.
Mais il y a un problème potentiel, selon la théorie. Les trous noirs binaires se rapprochent en perdant leur énergie orbitale, en la transférant à des étoiles gazeuses proches qui filent vers des régions inconnues, et en la perdant sous forme d’ondes gravitationnelles. À mesure que la distance orbitale se réduit, la région de l’espace dans laquelle ils peuvent perdre leur énergie se rétrécit également. À une distance d’environ 1 parsec, soit 3,2 années-lumière, il n’y a plus assez de place pour perdre davantage d’énergie, de sorte que la décroissance orbitale s’arrête et se stabilise. C’est ce qu’on appelle le problème du parsec final.
Selon une équipe dirigée par l’astrophysicien Tirth Surti de l’université Stanford (États-Unis), B2 0402+379 pourrait être un excellent exemple du problème du parsec final en action. Les chercheurs ont soigneusement analysé les données d’archives collectées par le spectrographe Gemini Multi-Object (GMOS) du télescope Gemini Nord, et ils ont réalisé une nouvelle analyse qui calcule les propriétés et le comportement des deux trous noirs enfouis au centre de B2 0402+379.
Leurs résultats indiquent la masse du binaire, 28 milliards de masses solaires, et révèlent que la galaxie elle-même est le « fossile » d’un amas de galaxies. B2 0402+379 était autrefois un groupe de galaxies qui évoluaient ensemble, elles se sont finalement rapprochées et sont devenues B2 0402+379. Le trou noir supermassif binaire est ce qui reste de l’amas de trous noirs qui sont tombés dans le centre galactique et y sont restés.
Ces deux trous noirs sont séparés par une distance de 7,3 parsecs, soit 24 années-lumière. Ce n’est pas tout à fait le parsec final, et ce n’est pas non plus la binaire de trous noirs supermassifs le plus rapproché observé jusqu’à présent. Mais ce qui est intéressant, c’est que l’analyse de l’équipe indique que le déclin d’orbite, la diminution progressive de la distance entre les trous noirs, s’est arrêtée. Ils ont été séparés par cette distance, sur une orbite stable, pendant environ 3 millions d’années.
Cette découverte indique qu’une masse élevée pourrait jouer un rôle dans le problème du parsec final. L’équipe pense que le précédent déclin orbitale du binaire a éjecté tellement d’étoiles de son voisinage qu’il n’en reste plus aucune sur laquelle il puisse transférer son élan orbital. Les galaxies sont donc bloquées, pour l’instant.
Selon l’astrophysicien Roger Romani, de l’université Stanford :
Normalement, il semble que les galaxies dotées de paires de trous noirs plus légers disposent de suffisamment d’étoiles et de masse pour les rapprocher rapidement. Comme cette paire est très lourde, il fallait beaucoup d’étoiles et de gaz pour faire le travail. Mais la binaire a vidé la galaxie centrale de cette matière, la laissant bloquée et accessible pour notre étude.
Que se passe-t-il alors ? Nous savons que, d’une manière ou d’une autre, les trous noirs peuvent devenir plus grands que la masse combinée du binaire, mais ces mastodontes ultramassifs semblent être assez rares. Le binaire B2 0402+379 semble être très stable et n’a aucun moyen immédiat de perdre son élan orbital. Il pourrait recevoir un coup de pouce de l’injection de matière qui suivrait une nouvelle fusion galactique, en envoyant un troisième trou noir supermassif dans la partie, mais toutes les galaxies qui composaient l’amas initial ont déjà fusionné pour former B2 0402+379, et cela ne semble donc pas être à l’ordre du jour. Il existe toutefois une autre possibilité. Il pourrait y avoir de la matière dans la galaxie qui pourrait donner un coup de pouce à l’union bloquée.
Selon Tirth :
Nous attendons avec impatience les études de suivi du noyau de B2 0402+379, au cours desquelles nous examinerons la quantité de gaz présente. Cela devrait nous permettre de mieux comprendre si les trous noirs supermassifs peuvent éventuellement fusionner ou s’ils resteront bloqués en tant que binaire.
L’étude publiée dans The Astrophysical Journal : The Central Kinematics and Black Hole Mass of 4C+37.11 et présentée sur le site du NOIRLab : Astronomers Measure Heaviest Black Hole Pair Ever Found.
