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Et si des trous noirs supermassifs se cachaient partout dans l’Univers ?

Des astronomes de l’université de Berkeley ont détecté un trou noir exceptionnellement massif dans une région peu dense de l’Univers. Cette découverte pourrait signifier que ces objets titanesques sont plus courants qu’on ne le pensait.

Photo de la galaxie NGC1600 et le zoom du télescope spatial Hubble sur son centre, là où a été découvert le trou noir supermassif. © ESA/HUBBLE IMAGE COURTESY OF STSCI

« Trouver un trou noir de cette taille dans une région aussi clairsemée de l’Univers revient à trouver un gratte-ciel dans une petite ville du Midwest ». C’est avec cette analogie que Chung-Pei Ma, professeure d’astronomie à l’université californienne, explique le caractère extraordinaire de cette trouvaille dans un article publié dans la revue Nature.

Jusqu’à aujourd’hui, les plus gros parmi les trous noirs supermassifs – ceux dont la masse excède 10 milliards de fois celle du Soleil – ont tous été observés au cœur de grandes galaxies, elles-mêmes faisant partie de très grand amas composé de plusieurs centaines de galaxies. Et pourtant. Le trou noir qui vient d’être découvert représente 17 milliards de soleils, soit l’un des plus massifs jamais observé – le record actuel s’élevant à 21 milliards –, et il est au centre d’un amas très modeste d’environ une vingtaine de galaxies. Serait-il le représentant d’une espèce beaucoup moins rare qu’on ne le pensait ? Autre interrogation : comment un trou noir de cette taille s’est-il retrouvé dans un amas de galaxies d’une taille aussi modeste ? Pour l’équipe de Chung-Pei Ma, le fait que NGC 1600 soit une galaxie ancienne – peu de nouvelles étoiles s’y forment – indique qu’il pourrait s’agir d’un ancien quasar.

Vestiges d’un quasar ?

Quand l’Univers était jeune, le gaz était très abondant. En l’avalant, certains trous noirs se sont transformés en objets supermassifs capables d’émettre des quantités d’énergie astronomiques – les quasars. Ces noyaux extrêmement lumineux ont été observés au cœur de galaxies très lointaines, celles dont la lumière met plusieurs milliards d’années à nous parvenir. Dans l’Univers proche – où le gaz s’est transformé en étoiles – les quasars n’existent plus. En revanche, certaines des galaxies les plus massives de notre voisinage en contiendraient les vestiges.

La recherche et l’identification de ces descendants de quasars font partie des objectifs poursuivis par le MASSIVE Survey – l’étude conduite par Chung-Pei Ma. « Les quasars les plus lumineux, ceux qui abritent probablement les trous noirs les plus massifs, n’ont pas nécessairement besoin d’exister dans un environnement dense, explique la chercheuse. NGC 1600 est le premier trou noir supermassif observé dans une région relativement déserte. Il se pourrait donc bien que ce soit aussi le premier descendant de quasar découvert dans ce type d’environnement. »

Vue d’artiste du quasar 3C 279. Cette galaxie est si éloignée de la Terre qu’il a fallu 5 milliards d’années pour que sa lumière parvienne jusqu’à nous. © By ESO/M. Kornmesser, via Wikimedia Commons

Un trou noir peut en cacher un autre

Fait intéressant, les étoiles qui gravitent autour du trou noir de NGC1600 se comportent comme s’il s’agissait d’un trou noir binaire – deux trous noirs orbitant très proches l'un de l'autre. Or, encore une fois, ces derniers sont habituellement observés dans de grandes galaxies dont on pense qu’elles résultent de la fusion de deux ou plusieurs galaxies et de leurs noyaux-trous noirs. Cette assimilation produit une émission d’ondes gravitationnelles, ce fameux phénomène prédit par Einstein et détecté pour la première fois en 2016. « Nous ne pouvons rien affirmer pour l’instant, précise Chung-Pei Ma. L’hypothèse est toutefois consistante avec ce que nous savons des quasars. Ils sont le résultat de trous noirs si massifs qu’ils sont sûrement, eux-mêmes, le résultat d’une fusion entre deux galaxies dans l’Univers jeune ». La mission spatiale eLisa, lancée pour détecter les ondes gravitationnelles depuis l’espace, pourrait prochainement permettre de confirmer ou d’infirmer cette hypothèse.

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