Un trou noir expulsé de sa galaxie !

Trous noirs en collision (vue d’artiste). Crédit : Chandra/Nasa 

Stefanie Komossa, du Max Planck Institute for extraterrestrial Physics, avait déjà mis en évidence les étapes préalables à la fusion de deux trous noirs, bien que l'événement lui-même n'ait pu être observé. Aujourd'hui, elle et son équipe viennent de détecter un gigantesque trou noir en train de s'échapper de sa galaxie. Les résultats de cette observation seront publiés plus en détails dans la livraison du 10 mai d'Astrophysical Journal Letters.

Une bonne partie des galaxies abritant un trou noir en leur centre, il existe une forte probabilité que, lorsque deux d'entre elles entrent en collision, deux trous noirs soient amenés à passer très près l'un de l'autre.

Quand cet événement survient, plusieurs possibilités existent. Les deux trous noirs peuvent se satelliser l'un autour de l'autre et rester ainsi, à la façon des étoiles binaires. Il est cependant envisageable que, suite à diverses réactions de gravitation avec des étoiles environnantes ou de la poussière interstellaire, il y ait perte du moment angulaire entraînant un rapprochement progressif de leurs orbites et, à terme, le contact et la fusion des deux trous noirs.

Exemple de collision. Les deux émissions de direction opposée partant du centre de la radiogalaxie double NGC326 semblent avoir brusquement changé de direction. Les astrophysiciens imputent cet événement à la collision de deux trous noirs. Les jets se dirigeaient initialement vers 10 h et 4 h. Ils ont maintenant pris la direction de 2 h et 8 h. Crédit : National Radio Astronomy Observatory / AUI, observers Murgia et al.; STScI 

Cette fusion entraîne le dégagement brutal d'une quantité phénoménale d'énergie sous la forme d'ondes gravitationnelles. Mais celles-ci étant émises dans une direction préférentielle, le trou noir reçoit, par réaction, une impulsion dans la direction opposée. Suivant les simulations, celle-ci est capable de le propulser à plusieurs milliers de kilomètres par seconde, et de fait, le trou noir observé par Komossa et son équipe est animé d'une vitesse de fuite de 2.650 kilomètres par seconde. « La force d'attraction de la galaxie entière est incapable de retenir un objet s'éloignant à une telle vitesse, et le trou noir fonce définitivement vers l'espace intergalactique », explique Stefanie Komossa.

Evolution galactique

Ces collisions et ces fusions devraient laisser de nombreux trous noirs solitaires, ainsi que des galaxies sans trou noir, en quelque sorte dénoyautées.

Mais détecter les trous noirs est une gageure. Leur force d'attraction piège toutes les ondes électromagnétiques, y compris la lumière, qui ne peut s'en échapper. D'où l'origine de l'adjectif "noir". Ils ne peuvent être mis en évidence qu'indirectement, en observant leur effet sur la matière environnante, ce qui n'est possible actuellement que dans les galaxies proches de la nôtre, aussi la recherche d'un trou noir au centre d'une galaxie lointaine, de loin les plus nombreuses, reste hasardeuse.

Cette image prise par le télescope spatial Chandra en ondes radio (en rose) et rayons X (en bleu) d’Abell 400, un ensemble de deux galaxies en collision, montre des jets d'onde radio immergés dans un vaste nuage de rayonnement. Les jets proviennent de la proximité de deux trous noirs supermassifs. Ces trous noirs se trouvent dans la galaxie NGC 1128, laquelle a produit la source radio géante 3C 75. Credit: X-ray: Nasa/CXC/AIfA/D.Hudson & T.Reiprich et al.; Radio: NRAO/VLA/NRL 

Les évolutions des galaxies et des trous noirs sont intimement liée, aussi les processus de séparation et leurs effets respectifs constituent une voie de recherche prometteuse pour l'avenir.

Les simulations sur ordinateur montrent que lors d'une fusion, le nouveau trou noir n'émet pas nécessairement assez d'énergie sous la forme d'ondes gravitationnelles pour être expulsé de la galaxie. Dans ce cas, il se met à osciller autour du centre de gravité du noyau. Les simulations les plus récentes ont montré que les orbites stellaires s'ajustent alors sur ce mouvement de yo-yo, entraînant toute une suite de modifications dans la structure de la galaxie.