Hercules A est une galaxie elliptique située à environ deux milliards d'années-lumière de la Voie lactée. Environ 1.000 fois plus massive que notre Galaxie, elle abrite un trou noir central de 2,5 milliards de masses solaires. On la voit dans le visible sur cette photographie prise par Hubble et sur laquelle a été surimposée une image réalisée dans le domaine des ondes radio par le VLA. Se révèlent alors deux lobes radio produits par des jets de matière relativistes, longs de plusieurs millions d’années-lumière. © NASA, ESA, S. Baum and C. O'Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Sciences

Trous noirs supermassifs et galaxies ne croissent pas toujours de pair

ActualitéClassé sous :trou noir supermassif , galaxies , cosmogonie

Le lien de proportionnalité entre la croissance des galaxies et celle du trou noir supermassif, qu'elles sont nombreuses à héberger, est atypique pour les plus massives d'entre elles. Ces trous noirs croîtraient plus vite que leurs galaxies hôtes pour une raison encore inconnue.

C'est en 1963 que la découverte du premier quasar, 3C 273, a été faite par Maarten Schmidt, un astronome néerlandais. Dès 1964, les astrophysiciens Edwin Salpeter et Yakov Zel'dovich comprennent tout de suite que les immenses quantités d'énergie libérées par ces noyaux actifs de galaxies doivent s'expliquer par la présence en leur centre de trous noirs très massifs accrétant de la matière. Vers la fin des années 1960, ce point de vue est repris et développé quantitativement par quelques chercheurs, dont Martin Rees mais surtout par son collègue et compatriote, l'astrophysicien britannique Donald Lynden-Bell (décédé récemment, le 6 février 2018).

Sceptiques dans les années 1970, les collègues de Lynden-Bell et de Ress vont graduellement être convaincus par la suite que les galaxies hébergent effectivement des trous noirs supermassifs, y compris notre Voie lactée. Aujourd'hui, c'est une thèse majoritairement acceptée depuis au moins 20 ans, même si une preuve définitive de la présence d'objets ayant bien un horizon des évènements conforme aux prédictions de la théorie de la relativité générale manque encore.

Une présentation de la découverte faite avec Chandra. 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 ». © Chandra X-ray Observatory

Des trous noirs de plusieurs milliards de masses solaires au centre d'amas de galaxies

Toujours est-il que l'on ne comprend pas très bien comment ces trous noirs supermassifs ont pu naître. D'année en année, les données concernant les caractéristiques des populations de ces objets et leur évolution, au cours des milliards d'années depuis le Big Bang, surprennent les astrophysiciens et les cosmologistes. Ainsi, on pensait avoir compris que les galaxies et les trous noirs supermassifs croissaient de pair car la masse de ces trous noirs semblait proportionnelle à celle de leurs galaxies hôtes (en général d'un facteur 1.000 environ). Mais deux équipes d'astronomes ont déposé récemment deux articles sur arXiv dans lesquels ils annoncent, indépendamment, un même résultat. Les galaxies les plus massives contiennent des trous noirs qui sont environ 10 fois plus massifs que prévu en se basant sur la loi de proportionnalité établie avec les galaxies examinées auparavant.

Menée par Guang Yang de l'université de Penn State (États-Unis), la première équipe est arrivée à cette découverte en se plongeant dans les données collectées dans le domaine des rayons X par le satellite Chandra, et en les combinant notamment avec celles fournies par Hubble dans le visible. Et ce, pour des galaxies situées entre 4,3 à 12,2 milliards d'années-lumière de la Voie lactée.

Mar Mezcua, de l'Institut des sciences spatiales d'Espagne, s'est lui concentré avec ses collègues sur les grandes galaxies que l'on trouve au cœur des amas de galaxies. Ce sont les plus grosses dans l'Univers observable. Au total, 72 d'entre elles ont été étudiées jusqu'à une distance d'environ 3,5 milliards d'années-lumière, et la moitié contenait des trous noirs supermassifs d'au moins 10 milliards de masses solaires (pour mémoire celui de notre Galaxie n'en contient que 4 millions environ). Si les observations de Chandra ont à nouveau été mises à contribution, elles ont cette fois-ci été complétées par les mesures dans le domaine radio, fournies par l'Australia Telescope Compact Array, le  Karl G. Jansky Very Large Array, le Very Long Baseline Array, des associations de radiotélescopes.

Les astrophysiciens et les cosmologistes ne comprennent pas mieux la naissance de ces objets que l'origine de ces différences. Peut-être que les grandes galaxies sont plus efficaces pour collecter des courants froids de matière intergalactique.

  • Deux études indépendantes suggèrent que certains trous noirs croissent plus rapidement que les galaxies qu'ils habitent. Cela remet en question l'idée communément admise, de longue date, que les trous noirs supermassifs croissent en parallèle avec leurs galaxies.
  • On ne connaît pas la raison de ce comportement atypique, mais il semble lié aux plus grandes galaxies. Ce sont peut-être celles qui collectent le plus facilement des courants de matière géants entre galaxies.
Pour en savoir plus

Galaxies et trous noirs croissent de pair

Article du CIRS, publié le 06/08/2003

Les galaxies et leur trou noir central croîtraient au même rythme, a révélé une équipe d'astronomes, sur la base d'une étude de 120.000 galaxies proches.

Ils apportent ainsi une réponse à un débat de longue date sur l'antériorité de la formation du trou noir ou de la galaxie, l'un par rapport à l'autre. « À l'instar de la poule et de l'œuf, il n'est pas possible de dire lequel est venu en premier », a déclaré Tim Heckman, de l'université Johns Hopkins (Baltimore, Maryland, États-Unis) et membre de l'équipe. Leurs résultats ont été présentés à la mi-juillet, lors d'une rencontre de l'Union astronomique internationale à Sydney (Australie).

La plupart des galaxies hébergent en leur cœur un trou noir, espace extrêmement dense dont la masse équivaut à plusieurs millions de fois celle du Soleil. La gravité des trous noirs est telle qu'elle leur permet d'absorber la matière environnante et ainsi d'accroître leur masse. Les astronomes se demandaient si ce sont les trous noirs qui donnent naissance aux galaxies, en réunissant poussière et gaz au sein d'étoiles, ou si au contraire, ce sont les galaxies qui, à partir d'une certaine masse, engendrent des trois noirs.

« Le fait que les étoiles et les trous noirs se forment à la même vitesse constitue une grande nouvelle qui sera utilisée dans les recherches à venir », indique Andrew King, de l'université de Leicester (Royaume-Uni).

Les auteurs de la découverte ont travaillé dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey, collaboration internationale mise en place pour cartographier cent millions d'objets célestes et mettre en évidence leurs propriétés.

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

!

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

Cela vous intéressera aussi

Interview : dans un trou noir, que devient la matière ?  Les trous noirs stellaires sont les restes d’étoiles massives qui, à leur mort, se sont écroulées sur elles-mêmes. Ces astres ont une masse telle qu’ils avalent tout ce qui passe à leur portée. À l'occasion des 70 ans du CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives), Futura-Sciences a rencontré Roland Lehoucq, astrophysicien, afin de savoir ce qui arrive à la matière qui y pénètre.