La galaxie d'étoiles naines Henize 2-10 scintille avec de jeunes étoiles dans cette image en lumière visible prise par Hubble. La région brillante au centre, entourée de nuages ​​roses et de bandes de poussière sombres, indique l'emplacement du trou noir supermassif de la galaxie et des pépinières stellaires actives. © Nasa, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI) Traitement d'image : Alyssa Pagan (STScI)
Sciences

Surprise ! Un trou noir géant qui fabrique des étoiles

ActualitéClassé sous :Astronomie , trou noir , Quasar

Les trous noirs sont souvent perçus comme des ogres cosmiques, destructeurs d'astres. Et pourtant, des observations menées grâce à la haute résolution du télescope spatial Hubble montrent que parfois ils peuvent aussi faire naître des étoiles dans des galaxies.

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] Stephen Hawking, l'astrophysicien qui a fait aimer la science  Le grand physicien Stephen Hawking est décédé le 14 mars 2018. Véritable légende de la physique, il fut aussi un très talentueux vulgarisateur. Retour sur la vie hors du commun de ce savant qui a su se faire aimer du public et rendre accessible ses travaux de recherche scientifique : trous noirs, théorie des supercordes, rayonnement de Hawking, théorèmes sur les singularités... La science lui dit un immense merci. 

Pressentis au cours des années 1930 par Subramanyan Chandrasekhar et surtout Robert Oppenheimer, les trous noirs relativistes (Laplace et Mitchell les concevaient déjà en physique newtonienne) n'ont pas été pris au sérieux pendant des décennies et ce n'est qu'au cours des années 1960, avec la découverte des quasars, que des pionniers visionnaires comme John Wheeler, Roger Penrose ou bien sûr Stephen Hawking ont donné leurs lettres de noblesse à ces objets exotiques.

Assez rapidement, les trous noirs sont devenus pour le grand public et les amateurs de science-fiction des destructeurs de monde, avalant étoiles ou vaisseaux spatiaux. Des astrophysiciens, comme Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter, vont d'ailleurs développer au début des années 1980 des scénarios, calculs à l'appui, montrant comment une étoile passant trop près d'un des trous noirs supermassifs que l'on commençait à découvrir en grand nombre au cœur des grandes galaxies pouvait être déformée par les forces de marée, au point de prendre une forme de crêpe et d'exploser ensuite. Il s'agit du phénomène de Tidal disruption event (ou TDE), ce qui peut se traduire par « évènement de rupture par effet de marée ».

On est donc un peu surpris par l'annonce faite par deux astrophysiciens via un article publié dans Nature et qui concerne une galaxie irrégulière du nom de Henize 2-10.

Les trous noirs, des destructeurs et des créateurs d'étoiles. 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 ». © Nasa's Goddard Space Flight Center

Des flots de matière qui font s'effondrer des nuages moléculaires

Henize 2-10 (son nom est un hommage à Karl G. Henize, un astronome états-unien qui fut astronaute de la Nasa à bord du Skylab et malheureusement décédé sur l'Everest) est une galaxie naine située à environ 34 millions d'années-lumière de la Voie lactée dans la constellation de la Boussole. Son diamètre n'est que de 3.000 années-lumière environ mais elle n'en contient pas moins un trou noir supermassif d'environ un million de masses solaires. C'est déjà en soit étonnant car notre Galaxie, trente fois plus large, contient elle un trou noir supermassif d'environ 4,3 millions de masses solaires.

Mais ce qui est le plus étonnant, c'est que les observations faites avec Hubble semblent clairement montrer que des vents de matière issus du trou noir central de Henize 2-10 non seulement sont associés à des amas ouverts de jeunes étoiles sur leur passage, mais que le flot de matière qu'ils constituent connecte comme un cordon ombilical ce trou noir et une région, siège d'une formation fiévreuse d'étoiles à environ 230 années-lumière de l'astre compact.

Un zoom sur la région centrale de la galaxie naine Henize 2-10 révèle un pont de gaz chaud de 230 années-lumière de long, reliant le trou noir supermassif de la galaxie et une région de formation d'étoiles. Les données de Hubble sur la vitesse du gaz propulsé par le trou noir, ainsi que l'âge des jeunes étoiles, indiquent une relation causale entre les deux. Il y a quelques millions d'années, l'écoulement de gaz chaud a percuté un nuage dense et s'est répandu, comme l'eau d'un tuyau heurtant un monticule de terre. Maintenant, des amas de jeunes étoiles sont alignés perpendiculairement à l'écoulement, révélant le chemin de sa propagation. © Nasa, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI) Traitement d'image : Alyssa Pagan (STScI)

L'analyse des informations fournies par Hubble indique que le flot de matière a été émis par le trou noir il y a quelques millions d'années et que les ondes de choc avec des nuages moléculaires sur le passage de ce flot ont provoqué leur effondrement et donc la formation des jeunes étoiles.

On observe bien sûr depuis longtemps des jets de matière puissants issus de trous noirs supermassifs, mais ils sont généralement trop chauds et trop énergétiques à l'intérieur des galaxies. Au lieu de provoquer un effondrement des nuages sur leur passage, ils les chauffent et les dilatent, rendant impossible la formation d'étoiles.

Pour en savoir plus

Un quasar pourrait fabriquer sa galaxie !

Article de Laurent Sacco publié le 03/12/2009

On soupçonnait depuis longtemps que les galaxies et les trous noirs supermassifs croissaient de paire. Les nouvelles observations du quasar HE0450-2958 montrent qu'un trou noir géant peut provoquer la formation d'une partie de la galaxie qui l'abritera dans son cœur. Ce scénario pourrait être très répandu dans l'Univers.

Une image d'artiste montrant le jet de particules de HE0450-2958 à l'origine d'une flambée de nouvelles étoiles dans la galaxie au premier plan. © ESO/L. Calçada

Après que la nature de trou noir de Kerr géant en rotation ait été reconnue comme le moteur responsable de la formidable énergie des quasars et des noyaux actifs de galaxies, les astrophysiciens avaient découvert une relation étrange. La taille du trou noir central est proportionnelle à la taille de sa galaxie. Une bonne façon de rendre compte de cette observation est de supposer un lien co-génique entre trous noirs supermassifs et galaxies.

On ne savait pas trop cependant qui était à l'origine de l'autre. Un trou noir a besoin de matière pour grossir et on peut imaginer celle d'une galaxie en formation s'accumulant au centre, finissant par créer un trou noir. A l'inverse, sa force gravitationnelle peut attirer beaucoup de matière autour de lui et on peut imaginer aussi un nuage de gaz tournoyant autour d'un vaste trou noir et finissant par former une galaxie. En somme, le problème est celui de l'œuf et de la poule. Cependant, certains indices montraient que des trous noirs dit de masses intermédiaires peuvent précéder les premières galaxies et ont peut-être plus ou moins servi de germe pour la croissance de ces galaxies primordiales.

On sait en outre que les grandes galaxies se forment par fusion de galaxies naines. Leurs trous noirs étant destinés à fusionner au bout d'un certain temps, selon toute probabilité, on avait là un moyen d'expliquer, au moins en partie, la relation entre masse d'un trou noir galactique et masse d'une galaxie.

On sait aussi que lorsque qu'un trou noir géant s'allume en devenant un quasar, il émet un flot de particules et de rayonnement qui peut influencer et réguler le taux de formation des étoiles dans une galaxie.

Or, on connaissait depuis quelque temps le quasar HE0450-2958, situé à quelque 5 milliards d'années-lumière de la Terre. Il ne semblait pas vraiment situé dans une galaxie même si de la matière tombant sur le trou noir devait fatalement être présente en quantité importante. Les astrophysiciens avaient tout de suite proposé qu'en raison d'une forte quantité de poussière interposée entre la galaxie hôte de HE0450-2958 et nous, cette matière était invisible.

Un nuage de gaz bousculé par un jet de matière

Si cette hypothèse était juste, des observations en infrarouge devraient la révéler. Les astronomes David Elbaz et Knud Jahnke ont donc, littéralement, tenter d'y voir plus clair avec leurs collègues au moyen d'un instrument du très grand télescope (le VLT) de l'ESO, capable d'observer dans le domaine de l'infrarouge moyen.

Comme le déclare Knud Jahnke, membre du Emmy Noether-Group on Coevolution of Galaxies and Black Holes du MPIA : « en observant à ces longueurs d'onde nous aurions pu détecter la poussière supposée cacher la galaxie hôte. Toutefois, nous n'en avons pas trouvé. A la place, nous avons découvert qu'une galaxie, apparemment sans aucun rapport, dans le voisinage immédiat du quasar, produisait des étoiles à un rythme effréné ».

Le taux de formation de nouvelles étoiles y est en effet très important, environ 350 soleils par an, soit cent fois plus que dans les galaxies typiques de l'Univers local. De plus, fait remarquable lui aussi, comme dans le cas du quasar 3C 321, la galaxie située à seulement 22.000 années-lumière de HE0450-2958 est frappée de plein fouet par l'un des jets de matière du quasar.

En injectant de l'énergie dans un grand nuage de gaz, ce jet de matière pourrait avoir provoqué au moins l'apparition d'une nouvelle galaxie et à coup sûr celle des nouvelles étoiles. Or, comme le fait remarquer David Elbaz, « ces deux objets vont fatalement fusionner dans le futur : le quasar se déplace à une vitesse de seulement quelques dizaines de milliers de kilomètres par heure par rapport à la galaxie. Bien que le quasar soit encore "nu", il finira par être "vêtu" quand il fusionnera avec sa galaxie riche en étoiles. Il résidera finalement à l'intérieur d'une galaxie comme tous les autres quasars ».

Voilà de quoi préciser des modèles reliant croissance des galaxies et croissance des trous noirs supermassifs. Les jets de matière issus de quasars pourraient jouer un rôle important. Mais ce cas à peu près unique ne peut suffire. Il faudrait sonder l'Univers plus profondément pour montrer que cet exemple, sans être forcément la règle, était très répandu dans l'Univers au cours de ses premiers milliards d'années d'existence. Cela devrait être l'une des tâches de la prochaine génération de télescopes géants, comme Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), l'E-ELT (le télescope géant européen) ou le successeur de Hubble, le télescope spatial James Web.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !