Trous noirs intermédiaires : la solution à l’énigme des trous noirs supermassifs ?

Les trous noirs supermassifs ne peuvent se former par effondrement direct d’étoiles, mais peut-être par fusion de trous noirs de masses intermédiaires dont l’existence était suggérée par l’étude des relations entre masses des bulbes galactiques et masses des trous noirs s’y trouvant. On pense avoir découvert 10 de ces trous noirs intermédiaires.

Cela fait presque 50 ans que les astrophysiciens 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 cosmos observable. Les trous noirs contenant plusieurs masses solaires ne sont eux pas problématiques puisque l’on sait qu’ils se forment suite à l’effondrement d’une étoile des dizaines de fois plus massive que le Soleil, en donnant une supernova de type SN Ia. Ils peuvent aussi se former selon un scénario un peu plus exotique, suite à une kilonova causée par la fusion de deux étoiles à neutrons. C’est très probablement ce qui a accompagné la source d’ondes gravitationnelles GW170817. Dans les deux cas, on parle de trous noirs stellaires.

Une troisième catégorie de trous noirs a été introduite. Ils ont été baptisés trous noirs de masses intermédiaires car leurs masses seraient comprises entre une centaine de masses solaires et moins d’un million de masses solaires. Leur existence peut, par exemple, être suggérée par une curieuse relation qui a été découverte entre la masse des trous noirs supermassifs (mais pas trop) trouvés dans les galaxies spirales et la masse dans le bulbe de ces galaxies. Il est d’un facteur 1.000 environ, très souvent. Cette relation laisse penser que trous noirs et galaxies naissent de pair, ce qui suggère que des galaxies de faibles masses doivent posséder des trous noirs de masses intermédiaires.

On peut penser également que du fait des fusions de galaxies observées – surtout quand le cosmos était plus jeune – ces trous noirs intermédiaires ont fusionné à leur tour pour donner des trous noirs supermassifs. On peut penser aussi que des courants de matière froide tombant sur les galaxies ont fait croître ces trous noirs. Il se pose alors au moins deux questions. Les trous noirs de masses intermédiaires existent-ils vraiment et quelle est leur part dans les processus de croissance des trous noirs supermassifs ?

Trou noir galaxie NGC 1068

Une vue d’artiste du trou noir supermassif entouré de son tore de poussière à l’intérieur de la galaxie NGC 1068 (Source : NASA).

Une équipe internationale, principalement formée de chercheurs russes, menée par Igor Chilingarian du Smithsonian Astrophysical Observatory (États-Unis) et de l’Institut astronomique Sternberg (Russie), vient de déposer un article sur arXiv qui apporte des éléments nouveaux pour répondre à la première question.

En croisant les données spectrales de plusieurs instruments dans le domaine du visible et dans celui des rayons X, ils ont trouvé 305 petites galaxies avec néanmoins un petit noyau actif (active galactic nuclei, en anglais ou AGN) qui exhibent la signature que l’on peut attendre de la présence de trous noirs intermédiaires. Dix de ces galaxies posséderaient même une signature suffisamment sérieuse et solide pour que l’on admette qu’il existe bel et bien des trous noirs de ce type à l’origine de ces AGN.

Trou noir galaxies masse

Une illustration montrant la relation entre la masse des trous noirs supermassifs et la masse des bulbes (bulge, en anglais) galactiques (Source : K. Cordes/S. Brown).

Si le rayonnement X des trous noirs supermassifs est facile à observer et mesurer, ce n’est pas le cas avec les trous noirs intermédiaires, mais les astrophysiciens ont trouvé un moyen de contourner l’obstacle dans un premier temps. Ils ont compulsé les données spectrales dans le visible concernant 930.000 petites galaxies fournies par les archives du fameux Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Le rayonnement X des trous noirs avait tout de même suffisamment ionisé les nuages d’hydrogène en orbite autour de ces trous noirs pour qu’une raie spectrale bien déterminée soit mesurable. Cette raie étant décalée par effet Doppler en proportion de la masse du trou noir intermédiaire, il était donc envisageable d’en déduire sa présence possible dans les 305 candidats finalement découverts.

Les observations fournies par les archives de satellite comme Chandra dans le domaine des rayons X ont finalement permis de retenir dix AGN qui doivent effectivement être alimentés en énergie par des trous noirs de masses intermédiaires accrétant de la matière.

Reste que l’on ne sait pas encore très bien comment se seraient formées ces graines de trous noirs supermassifs, d’autant plus que l’on connaît l’existence de grands AGN, des quasars avec un vrai trou noir supermassif, déjà actif un milliard d’années après le Big Bang. Une croissance aussi rapide est pour le moment mystérieuse.

Source : Futura-Sciences

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des Sciences, la page Astronomie/Physique.

Répondre

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion /  Changer )

Photo Google

Vous commentez à l'aide de votre compte Google. Déconnexion /  Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion /  Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion /  Changer )

Connexion à %s

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur la façon dont les données de vos commentaires sont traitées.