Découverte de trous noirs «ultramassifs» dans des galaxies très loin de chez nous

Illustration d'un trou noir ultramassif détecté par l'équipe d'astrophysiciens.

Illustration d'un trou noir ultramassif détecté par l'équipe d'astrophysiciens.

Crédit : NASA.

En 5 secondes

Une étude menée en collaboration avec la NASA jette un nouvel éclairage sur ces mystérieux objets célestes.

C’est grâce aux données collectées sur des galaxies situées jusqu’à 3,5 milliards d’années-lumière de la Terre par le télescope à rayons X Chandra de la NASA qu’une équipe internationale d’astrophysiciens a détecté les trous noirs les plus massifs de l’Univers jusqu’à aujourd’hui. Elle a aussi calculé que la croissance de ces trous noirs «ultramassifs» est plus rapide que celle des étoiles de la galaxie dans laquelle ils se trouvent.

Les deux auteures principales de l’article publié récemment dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Julie Hlavacek-Larrondo, professeure au Département de physique de l’Université de Montréal, et Mar Mezcua, stagiaire postdoctorale à l’Institute of Space Sciences en Espagne, ont étudié 72 galaxies situées au centre d’amas de galaxies parmi les plus brillantes et les plus massives de l'Univers à la recherche de trous noirs.

«Un trou noir est un objet céleste invisible dont la force gravitationnelle est si forte que ni matière ni lumière ne peuvent s'en échapper. Il aspire tout sur son passage comme un tourbillon sans fond, explique la professeure Hlavacek-Larrondo, qui est aussi titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique observationnelle des trous noirs. Un trou noir se crée le plus souvent lorsqu’une étoile massive meurt et qu’elle s’écroule sur elle-même. Le plus fascinant avec les trous noirs, c’est la distorsion du temps qui s’opère autour d’eux, car, selon la théorie de la relativité d’Einstein, le temps s’écoule plus lentement dans un champ gravitationnel fort, comme ceux de ces gigantesques objets célestes.»

L’équipe d’astronomes a calculé les masses de trous noirs décelés dans ces amas de galaxies en utilisant leurs émissions radio et de rayons X. Les résultats de leurs calculs démontrent que les masses des trous noirs ultramassifs sont environ 10 fois plus grandes que leurs masses estimées par une autre méthode de calcul dans laquelle est admise l’hypothèse que les trous noirs croissent en tandem avec leurs galaxies. En outre, près de la moitié des trous noirs de l’échantillon ont des masses évaluées à au moins 10 milliards de fois la masse du Soleil. Cela les place dans une catégorie de poids extrême que certains astronomes appellent «trous noirs ultramassifs».

«Nous avons trouvé des trous noirs qui sont beaucoup plus gros et massifs que ce à quoi nous nous attendions, souligne Mar Mezcua. Ont-ils pris de l'avance dans cette course pour grandir ou ont-ils bénéficié de certains avantages leur permettant de croître plus rapidement pendant des milliards d'années? Impossible pour nous de le dire pour le moment.»

«Nous savons que les trous noirs sont des objets hors du commun, ajoute la professeure Hlavacek-Larrondo. Il n'est donc pas surprenant que les exemples les plus extrêmes enfreignent les règles que nous avions établies jusqu’à maintenant.»

Le pouvoir destructeur des trous noirs ultramassifs

La présence de ces mastodontes célestes au cœur des galaxies n’est pas sans danger pour elles. Plus un trou noir est massif, plus il est puissant. Il aspire la matière l’entourant, comme des étoiles, dont il rejette une partie sous forme de jets d’énergie tellement forts qu’ils pourraient détruire en grande partie sa galaxie hôte. «Ce serait comme un mini Big Bang à l’échelle galactique», illustre la professeure.

Mais ceux qui craignent pour notre galaxie peuvent dormir sur leurs deux oreilles, estime-t-elle: «Sagittarius A*, le trou noir supermassif de la Voie lactée, est un peu ennuyant… Il n’est pas très actif, un peu comme un volcan profondément endormi. Il aspire peu de matière; il ne serait probablement pas en mesure de produire des jets d’énergie destructeurs.»

Pourquoi étudier les trous noirs à des milliards d’années-lumière ?

La professeure Hlavacek-Larrondo concentre ses travaux sur les trous noirs présents dans des amas de galaxies lointains dans le but de démontrer que de tels objets ont une influence importante sur leur environnement galactique et sur l’ensemble de l’Univers, et ce, depuis des milliards d’années.

«Ce sont les objets les plus puissants de l’Univers, et ils sont tout sauf silencieux. Pour comprendre la formation et l’évolution des galaxies – qui sont les constituantes de base de notre Univers –, nous devons d’abord comprendre ces trous noirs», affirme-t-elle.

À propos de cette étude

M. Mezcua, J. Hlavacek-Larrondo, J. R. Lucey, M. T. Hogan, A. C. Edge et B. R. McNamara, “The most massive black holes on the Fundamental Plane of black hole accretion”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 11 février 2018. doi: 10.1093/mnras/stx2812.

Le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, gère le programme Chandra pour la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington. Le Smithsonian Astrophysical Observatory de Cambridge, dans le Massachusetts, contrôle les opérations aériennes et scientifiques du programme Chandra. En plus du télescope de la NASA, les astronomes ont utilisé les données radio de l'Australia Telescope Compact Array, du très grand réseau Karl G. Jansky et du Very Long Baseline Array.

Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Programme des chaires de recherche du Canada, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies et le Science and Technology Facilities Council (Grande-Bretagne).

Communiqué de la NASA au sujet de cette étude.

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