Comme Futura l’a expliqué à plusieurs reprises, les premiers candidats au titre de trou noir stellaire ont été découverts au début des années 1970 avec l’essor de l’astronomie X en particulier. Mais on peut dire que les premiers candidats au titre de trou noir tout court ont été découverts au début des années 1960 avec les quasars. Au cours des années suivantes de la fin du XXe siècle, il devient de plus en plus probable que les trous noirs stellaires mis en évidence avaient des masses comprises entre 5 et 15 masses solaires alors que les trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs au cœur des grandes galaxies, comme la Voie lactée, contenaient de 1 million à plusieurs milliards de masses solaires.
Cela fait presque 50 ans que les astrophysiciensastrophysiciens et les cosmologistes ont proposé l’existence de trous noirs supermassifs au cœur des grandes galaxies. Mais ils ne savent toujours pas vraiment comment ces objets pouvant contenir de quelques millions à quelques milliards de masses solaires ont bien pu se former dans le cosmoscosmos observable.
Une mystérieuse relation entre la croissance des galaxies et des trous noirs géants
Si la naissance des trous noirs stellaires n’est pas très mystérieuse, puisque l’on sait qu’ils se forment suite à l’effondrementeffondrement d’une étoile des dizaines de fois plus massive que le SoleilSoleil, en donnant une supernovasupernova de type SNSN Ia, celle des trous noirs supermassifs est toujours énigmatique même si plusieurs scénarios plausibles ont été avancés. On fait ainsi intervenir l’existence de trous noirs de masse intermédiaire entre les deux populations qui pourraient fusionner à l’occasion de collision de galaxies et accréter aussi de la matièrematière provenant de courants d’hydrogènehydrogène tombant sur les galaxies ou encore en avalant des étoiles.
L’existence des trous noirs de masse intermédiaire – nommés ainsi, car leurs masses seraient comprises entre une centaine de masses solaires et moins d’un million de masses solaires – est suggérée par une curieuse relation qui a été découverte entre la masse des trous noirs supermassifs (mais pas trop) trouvés dans les galaxies spiralesgalaxies spirales et la masse dans le bulbe de ces galaxies.
Il est très souvent d’un facteur 1 000 environ. Cette relation laisse penser que trous noirs et galaxies naissent de paire, ce qui suggère que des galaxies de faibles masses doivent posséder des trous noirs de masse intermédiaire.
Au cours de ce premier quart du XXIe siècle, les astronomesastronomes ont finalement débusqué de façon convaincante des trous noirs de masse intermédiaire et on apprend aujourd’hui, notamment via une publication que l’on trouve en accès libre sur arXiv que le nombre de ceux qui sont connus vient – potentiellement – d’augmenter sérieusement.
Comment percer les secrets de l’énergie noire, avec Desi ? Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Berkeley Lab
Leur découverte est le produit indirect des campagnes d’observations visant à percer les secrets de l’énergie noireénergie noire considérée comme responsable de l’accélération de l’expansion de l’espace de l’UniversUnivers observable. Ces campagnes sont réalisées avec l’instrument Desi (Dark Energy Spectroscopic Instrument) installé sur le télescopetélescope Nicholas U. Mayall, de 4 mètres, de la National Science Foundation (NSF) des États-Unis, situé à l’observatoire national NSF Kitt Peak, dans le cadre d’un programme du NSF NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory).
Comme le rappelle le communiqué du NOIRLab accompagnant la publication dans The Astrophysical Journal concernant les trous noirs de masse intermédiaire, le programme Desi est maintenant dans sa quatrième année sur cinq. D’ici la fin du projet, il devrait observer environ 40 millions de galaxies et de quasarsquasars. Ce projet est le fruit d’une collaboration internationale de plus de 900 chercheurs issus de plus de 70 institutions du monde entier et il est géré par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du DOE.
Grâce aux premières données de Desi, les scientifiques ont découvert les plus grands échantillons jamais collectés de trous noirs de masse intermédiaire et de galaxies naines abritant un trou noir actif, soit plus du triple du recensement existant des deux. Ces grands échantillons statistiques permettront des études plus approfondies de la dynamique entre l’évolution des galaxies naines et la croissance des trous noirs. Ils ouvriront un vaste potentiel de découvertes autour de l’évolution des premiers trous noirs de l’Univers. © Images et vidéos : NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Legacy Surveys/D. Lang (Perimeter Institute)/NAOJ/HSC Collaboration/D. de Martin (NSF NOIRLab) & M. Zamani (NSF NOIRLab)/R. Proctor (NSF NOIRLab)/R.T. Sparks/ESO/M. Kornmesser/N. Bartmann (NSF NOIRLab) Musique : Stellardrone – Airglow
C’est en fouillant dans les données déjà collectées que l’équipe dirigée par Ragadeepika Pucha, chercheuse postdoctorale de l’Université de l’Utah, a pu débusquer environ 300 nouveaux candidats au titre de trou noir de masse intermédiaire (il faudra encore du travail pour une confirmation solidesolide) qui s’ajoutent aux 100 à 150 environ qui étaient connus jusqu’à présent.
La présence de ces trous noirs se déduit des spectresspectres de 410 000 galaxies, dont environ 115 000 galaxies nainesgalaxies naines – de petites galaxies diffuses contenant des milliers à plusieurs milliards d’étoiles et très peu de gazgaz. En fait, ce sont précisément dans certaines des galaxies naines observées par Desi que se trouvent ces nouveaux candidats au titre de trou noir de masse intermédiaire.
« Lorsqu’un trou noir au centre d’une galaxie commence à se nourrir, il libère une énorme quantité d’énergie dans son environnement, se transformant en ce que nous appelons un noyau galactique actif. Cette activité spectaculaire sert de balise, nous permettant d’identifier les trous noirs cachés dans ces petites galaxies », explique Pucha dans le communiqué du NOIRLab.
Voilà de quoi avoir des informations supplémentaires pour tenter de comprendre la croissance conjointe des trous noirs et des galaxies.
Cette mosaïque montre une série d’images des galaxies avec des candidats trous noirs de masse intermédiaire, classés par ordre croissant de masse stellaire, mais capturées avec l’Hyper Suprime-Cam du télescope Subaru. © Legacy Surveys/D. Lang (Perimeter Institute)/NAOJ/HSC Collaboration/D. de Martin (NSF NOIRLab) et M. Zamani (NSF NOIRLab) Musique : composée et produite par Konstantino Polizois
