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Les trous noirs supermassifs étrangement parallèles à l'échelle cosmique

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Grâce au VLT, une équipe de chercheurs européens a découvert que les axes de rotation de trous noirs supermassifs situés aux centres d'un échantillon de quasars sont parallèles sur des distances de plusieurs milliards d'années-lumière. En outre, ils ont tous tendance à être alignés sur les vastes structures de la toile cosmique au sein de laquelle ils résident.

Cette vue d’artiste montre de façon schématique les étranges alignements des axes de rotation (ici représentés par des traits) de quasars (en blanc) avec les structures à grande échelle (en bleu) au sein desquelles ils résident. Ces alignements s’étendent sur des milliards d’années-lumière. Simple illustration, cette image ne reflète pas la distribution réelle des galaxies et des quasars. © ESO, M. Kornmesser

Les quasars sont des galaxies dont le cœur abrite un trou noir supermassif très actif. Chacun est entouré d'un disque en rotation dont le contenu matériel, porté à très haute température, est bien souvent expulsé sous la forme de jets le long de leur axe de rotation. La luminosité des quasars peut surpasser celle de l'ensemble des étoiles réunies dans leurs galaxies hôtes.

Une équipe menée par Damien Hutsemékers, de l'université de Liège en Belgique, a utilisé l'instrument Fors (Focal reducer and low dispersion spectrograph) qui équipe le VLT de l'ESO (Very Large Telescope, sur le mont Paranal, au Chili) pour étudier 93 quasars connus pour former de vastes regroupements sur des milliards d'années-lumière, à une époque où l'Univers était âgé du tiers de son âge actuel.

« La première singularité que nous avons relevée concerne les axes de rotation des quasars : certains d'entre eux étaient alignés par rapport à d'autres, en dépit du fait que ces quasars sont distants de milliards d'années-lumière », nous confie le chercheur.

Intriguée, l'équipe a cherché à savoir si les axes de rotation étaient liés, non seulement les uns aux autres, mais également à la structure de l'Univers sur de grandes échelles à l'époque considérée.

Réalisée à partir d’une vue d’artiste, cette vidéo montre, de façon schématique, les alignements des axes de rotation de quasars avec les structures à grande échelle au sein desquelles ils résident. La structure à grande échelle figure en bleu, les quasars en blanc et les axes de rotation de leurs trous noirs sous la forme de traits. © Eso, M. Kornmesser

Les quasars sont alignés à grande échelle

À l'échelle de milliards d'années-lumière, la distribution des galaxies n'est pas uniforme dans l'espace. Elles forment une toile cosmique constituée de filaments et de réservoirs de matière autour d'immenses espaces vides où les galaxies sont quasiment absentes. Cette distribution de matière, magnifique et surprenante à la fois, constitue ce que l'on nomme une structure à grande échelle.

Les nouveaux résultats obtenus par le VLT indiquent que les axes de rotation des quasars tendent à être parallèles aux structures à grande échelle auxquelles ils appartiennent. Ainsi, si les quasars se distribuent le long d'un filament, les axes de rotation des trous noirs centraux s'alignent dessus. Les chercheurs estiment à moins de 1 % la probabilité que ces alignements soient fortuits.

« L'existence d'une corrélation entre l'orientation des quasars et la structure à laquelle ils appartiennent est prédite par les modèles numériques d'évolution de notre Univers. Nos données apportent la toute première confirmation observationnelle de cet effet, à des échelles bien plus vastes que celle des galaxies classiques observées jusqu'à présent » ajoute Dominique Sluse de l'institut Argelander d'astronomie de Bonn en Allemagne et de l'université de Liège.

L'équipe ne pouvait observer directement les axes de rotation ni les jets des quasars. Elle a donc mesuré la polarisation de la lumière en provenance de chaque quasar ; 19 d'entre eux émettaient un signal fortement polarisé. Connaissant, entre autres, la direction de cette polarisation, ils ont pu déduire l'angle du disque d'accrétion puis déterminer la direction de l'axe de rotation du quasar.

« L'existence de tels alignements, à des échelles bien plus vastes qu'envisagé par les simulations actuelles, laisse entrevoir la possibilité que nos modèles d'univers actuels soient incomplets » conclut Dominique Sluse.

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