Les trous noirs se développent de manière différente, en fonction de leur masse et de leur « décalage vers le rouge », c’est-à-dire de leur éloignement à la Terre. © alex_aldo, Adobe Stock

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Lumière sur la croissance des trous noirs

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Dans notre Univers, les trous noirs sont un peu partout. Et leurs impacts sur l'évolution des galaxies qui les accueillent sont aussi grands que complexes. Pour tenter d'y voir plus clair, des chercheurs se sont demandé s'il existait une règle définissant le mode de croissance de ces trous noirs. La réponse semble être : oui !

Les trous noirs restent des objets... obscurs. Mystérieux. Mais les astronomes pensent qu'ils ont commencé à se former il y a plus de 13,5 milliards d'années. Au tout début de l'histoire de notre Univers, donc. Et au centre de chaque galaxie, se trouve un trou noir supermassif supposé réguler la manière dont cette galaxie forme des étoiles« Comprendre comment les trous noirs se sont formés, se sont développés et ont évolué en parallèle des galaxies est fondamental pour notre compréhension de l'Univers », souligne Fabio Pacucci, astronome, dans un communiqué de l’université de Harvard (États-Unis).

Parmi les questions que se posent les chercheurs : comment à partir de ces premiers trous noirs en sommes-nous arrivés aujourd'hui à une population assez hétérogène ? Car des trous noirs, ils en existent de plusieurs types. Certains sont relativement petits, d'une masse d'à peine plus de trois masses solaires. Les astronomes les appellent les trous noirs stellaires. D'autres sont dits supermassifs. Ils peuvent atteindre plusieurs milliards de fois la masse de notre Soleil. Et puis, il y a les trous noirs dits intermédiaires. Sans parler des hypothétiques trous noirs primordiaux. Minuscules.

Pour tenter d'y voir plus clair, des chercheurs de l’université de Harvard (États-Unis) ont développé un modèle théorique permettant de déterminer le canal préférentiel de croissance des trous noirs qui peuplent notre Univers. Un modèle valable de nos jours jusqu'à environ 13 milliards d'années dans le passé.

Dans notre voisinage (nearby Universe), les petits trous noirs se développent par accrétion (à gauche) et les plus gros, par fusion (à droite). Dans l’Univers lointain (distant Universe), c’est l’inverse. © M. Weiss, Université de Harvard

Croissance des trous noirs : entre accrétion et fusion

Car rappelons que la croissance des trous noirs peut être alimentée par deux processus différents. Ils peuvent accréter de la matière provenant de l'espace environnant. Ou fusionner les uns avec les autres. Et les travaux des chercheurs de l'université de Harvard suggèrent que le canal préférentiel de croissance dépend de la masse du trou noir tout autant que de son « décalage vers le rouge ».

Dans notre proche voisinage, les trous noirs les plus modestes se développent ainsi principalement par accrétion alors que les trous noirs les plus gros se développent par fusion. Mais dans l'Univers lointain, c'est tout l'inverse.

Grâce à la prochaine génération d'observatoires spatiaux dans le domaine des rayons X et des ondes gravitationnelles - comme Lynx, Athena, Axis ou Lisa -, les astronomes espèrent tester encore un peu plus ce modèle. « Dans les pouponnières cosmiques, nous trouvons des bébés trous noirs étonnamment grands. Avec ces nouveaux instruments, nous devrions pouvoir remonter à leurs parents », conclut Avi Loeb, chercheur, dans le communiqué de l'université de Harvard.

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