Deux trous noirs supermassifs dansent l’un autour de l’autre

Dans le catalogue des radioastronomes, 0402+379 est une radiogalaxie qui semble posséder deux cœurs. Ce sont deux trous noirs supermassifs et les observations semblent bien montrer qu’ils sont en orbite l’un autour de l’autre.

La découverte des étoiles binaires a permis de tester la loi de la gravitation de Newton en dehors du Système solaire et, longtemps, les mouvements des étoiles de la Voie lactée et dans les autres galaxies sont eux aussi apparus conformes aux équations du fondateur de la physique classique. Ces faits ont fortement contribué à l’idée de lois universelles. Aujourd’hui, les physiciens ont des doutes, comme le prouve le développement de la théorie Mond. La théorie de la relativité générale a aussi remplacé celle de Newton, en renouvelant au passage également le concept de trou noir, déjà entrevu par Michell et Laplace à la fin du XVIIIe siècle.

La théorie d’Einstein peut être testée, avec l’espoir de la dépasser, par l’observation des mouvements d’étoiles autour du trou noir supermassif installé au cœur de la Voie lactée. Elle pourrait aussi être mise à l’épreuve grâce à la détection d’ondes gravitationnelles produites par deux trous noirs supermassifs qui fusionnent ou quand l’un d’eux avale une étoile à neutrons. De tels phénomènes peuvent également servir à mettre à l’épreuve nos idées sur les trous noirs.

Des trous noirs supermassifs sont tapis au cœur des galaxies et nous savons qu’elles fusionnent parfois. On devrait donc détecter des galaxies avec deux trous noirs supermassifs en orbite l’un autour de l’autre, se rapprochant d’abord lentement, mais inexorablement, de leur coalescence. Quelques cas de tels systèmes doubles ont été repérés depuis une dizaine d’années mais ces observations n’étaient pas solides. Il semble qu’il en soit aujourd’hui tout autrement, comme le prouve une récente publication dans Astrophysical Journal, disponible sur arXiv.

Deux trous noirs supermassifs

Une vue d’artiste de deux trous noirs supermassif très rapprochés et en orbite l’un autour de l’autre. (Source : J. Valenzuela, UNM)

Une équipe d’astronomes états-uniens a en effet utilisé le formidable pouvoir de résolution d’un radiotélescope bien connu, le VLBA (Very Long Baseline Array). Il s’agit en fait d’un instrument virtuel qui doit sa vue perçante à la technique de synthèse d’ouverture par interférométrie. Il combine les observations de 10 antennes de 25 mètres chacune, couvrant le territoire américain depuis Sainte-Croix, dans les Îles Vierges (Antilles), jusqu’au Mauna Kea de l’île d’Hawaï, dans l’océan Pacifique. L’ensemble forme l’équivalent d’un radiotélescope dont le diamètre serait de plusieurs milliers de kilomètres.

Le VLBA leur a permis d’étudier patiemment depuis plus d’une décennie la radiogalaxie elliptique connue sous le nom de 0402+379. Elle est située à environ 750 millions d’années-lumière de la Voie lactée et avait déjà fait parler d’elle en 2006 avec l’annonce de la découverte d’un trou noir supermassif binaire dont les deux membres battaient le record de la plus courte distance de séparation pour de tels objets, avec seulement 24 années-lumière environ.

Trous noirs supermassifs C1 et C2

Sur cette image obtenue dans le domaine radio par le VLBA, apparaissent les deux trous noirs supermassifs, notés C1 et C2, accrétant de la matière, qu’ils chauffent et qui émet du rayonnement, visible à droite. (Source : Bansal et al.)

Les chercheurs ont donc affiné les analyses des données collectées sur ce couple et ils confirment aujourd’hui qu’ils sont bien très probablement en orbite. Ses caractéristiques commencent à être bien connues. Les chiffres avancés font état d’une période orbitale d’environ 24.000 ans et d’une masse totale de 15 milliards de masses solaires. Toutefois, trois à quatre ans d’observations sont encore nécessaires pour aboutir à des conclusions fermes.

Les mouvements sont en effet très lents, si l’on peut dire. La performance réalisée par les astronomes avec le VLBA, en résolutions spatiale et temporelle, revient à repérer et mesurer le mouvement d’une grosse fourmi se déplaçant à 1 cm/s à la surface d’une exoplanète en orbite autour de Proxima du Centaure.

Source : Futura-Sciences

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des Sciences, l’exposition « Promenade spatiale au fil des ondes« , ainsi que la page Astronomie/Physique.

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