Un extrait d'une simulation d'un trou noir supermassif binaire avec ses disques d'accrétion. © Nasa’s Goddard Space Flight Center
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Découverte de la paire de trous noirs supermassifs la plus proche de nous connue à ce jour

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Les trous noirs supermassifs sont partout dans le cosmos observable. On les trouve parfois par paire dans une galaxie, au point de former un trou noir supermassif binaire. Le plus proche connu à ce jour vient d'être débusqué à moins d'une centaine de millions d'années-lumière de la Voie lactée.

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[EN VIDÉO] La détection d'ondes gravitationnelles va révolutionner notre perception de l'univers  Il y a un siècle, Einstein avait prédit l’existence d’ondes gravitationnelles par sa théorie de la relativité générale. Leur présence étant à présent avérée, les scientifiques espèrent bientôt les étudier en détail. Voici en vidéo deux projets qui nous permettraient d'en savoir un peu plus sur ces ondulations de l'espace-temps. 

Il n'y a plus de doute que l'immense majorité des galaxies sont occupées en leur centre par un astre compact dont tout indique qu'il s'agit bien d'un trou noir supermassif. La prudence reste de mise car, stricto sensu, si ces objets sont des boules de cordes ou des trous de ver, par exemple, et donc, sans horizon des événements, ce ne sont pas de vrais trous noirs d'après la définition rigoureuse qu'emploient les physiciens depuis les travaux du prix Nobel de Physique Roger Penrose en particulier.

L'origine de ces trous noirs supermassifs reste un peu énigmatique mais on a des raisons de penser que l'un des facteurs de croissance de ces objets est leur fusion à l'occasion de collisions galactiques. Il ne va pas de soi cependant que ces fusions de galaxies vont systématiquement faire sédimenter leurs trous noirs massifs au centre de la nouvelle galaxie au point qu'ils coalescent fatalement.

Toutefois, nous observons non seulement des fusions de galaxies mais aussi des trous noirs supermassifs binaires dans la galaxie finale. On devrait en savoir plus à ce sujet quand le détecteur d’ondes gravitationnelles eLisa sera en orbite autour du Soleil à l'horizon des années 2035.

L'Eso fait aujourd'hui une annonce intéressante au sujet de ces trous noirs supermassifs binaires en révélant que, grâce au Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral (VLT de l'ESO) et à l'instrument Muse (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) qui l'équipe à l'Observatoire de Paranal, au Chili, la plus proche paire de ces objets connue à ce jour a été détectée.

Elle se trouve dans la galaxie NGC 7727, dans la constellation du Verseau, à environ 89 millions d'années-lumière de la Voie lactée. En bonus, ce sont aussi les trous noirs supermassifs les moins éloignés l'un de l'autre connus avec un distance relative d'environ 1.600 années-lumière seulement.

Cette image montre des vues rapprochée (à gauche) et à grand champ (à droite) des deux noyaux galactiques lumineux, chacun abritant un trou noir supermassif, dans NGC 7727, une galaxie située à 89 millions d'années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau. Chaque noyau est constitué d'un groupe dense d'étoiles avec un trou noir supermassif en son centre. L'image de gauche a été prise avec l'instrument Muse sur le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO à l'Observatoire Paranal au Chili, tandis que celle de droite a été prise avec le VLT Survey Telescope de l'ESO. © ESO/Voggel et al. ; ESO/VST Atlas team. Acknowledgement : Durham University/Casu/WFAU

Une fusion de trous noirs supermassif dans 250 millions d'années

« C'est la première fois que nous trouvons deux trous noirs supermassifs aussi proches l'un de l'autre, moins de la moitié de la distance qui séparait le précédent détenteur du record », explique dans le communiqué de l'Eso Karina Voggel, astronome à l'Observatoire de Strasbourg et auteure principale de l'étude publiée aujourd'hui en ligne.

Les deux astres finiront donc par fusionner en un seul trou noir géant comme l'explique Holger Baumgardt, professeur à l'université du Queensland, en Australie et coauteur de la publication dans Astronomy & Astrophysics : « La faible séparation et la vitesse des deux trous noirs indiquent qu'ils vont fusionner en un seul trou noir colossal, probablement dans les 250 millions d'années à venir ».    

NGC 7727, elle-même, semble le produit d'une collision galactique survenue il y a environ un milliard d'années et elle porte encore les stigmates de cet événement sous la forme de structures irrégulières et de restes de courants d'étoiles produits par les forces de marée. Quant aux trous noirs eux-mêmes, leurs effets sur les mouvements d'étoiles proches indiquent que le plus gros, situé au cœur de la galaxie, pèse environ 154 millions de masse solaires mais seulement 6,3 millions pour son compagnon. Rappelons que celui de notre Galaxie en contient environ 4 millions.

En utilisant le Very Large Telescope de l'ESO, les astronomes ont révélé la paire de trous noirs supermassifs la plus proche de la Terre jamais observée. Cette vidéo résume la découverte. 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 ». © European Southern Observatory (ESO)

Karina Voggel explique que cette « découverte implique qu'il pourrait y avoir beaucoup plus de ces vestiges de fusions de galaxies et qu'ils pourraient contenir de nombreux trous noirs massifs cachés qui attendent encore d'être découverts. Cela pourrait augmenter de 30 % le nombre total de trous noirs supermassifs connus dans l'Univers local ».

Cette prédiction devrait pouvoir être bientôt testée comme l'explique toujours dans le communiqué de l'Eso son autre coauteur Steffen Mieske, astronome à l'ESO au Chili et responsable des opérations scientifiques de Paranal de l'ESO.

« La détection de cette paire de trous noirs supermassifs n'est qu'un début. Avec l'instrument Harmoni sur l'ELT, nous serons en mesure de faire des détections comme celle-ci beaucoup plus loin que ce qui est actuellement possible. L'ELT de l'ESO fera partie intégrante de la compréhension de ces objets ».

Cette simulation numérique rapproche les astrophysiciens de la compréhension des types de signaux lumineux produits lorsque deux trous noirs supermassifs entourés de matière, qui sont des millions à des milliards de fois la masse du Soleil, spiralent vers une collision. Cette simulation intègre pleinement les effets physiques de la théorie de la relativité générale d'Einstein et elle montre que le gaz dans de tels systèmes brillera principalement dans la lumière ultraviolette et les rayons X. 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

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