Des astronomes viennent de découvrir la paire de trous noirs supermassifs la plus proche jamais détectée

À seulement 89 millions d’années-lumière, dans la galaxie NGC 7727, deux trous noirs supermassifs sont destinés à n’en faire plus qu’un.

De nouvelles mesures qui sondent le cœur de la galaxie ont révélé que le noyau est constitué d’une paire binaire de trous noirs supermassifs.

C’est le binaire le plus proche que nous ayons trouvé à ce jour, battant le précédent détenteur du record de 470 millions d’années-lumière par une marge significative.

De plus, les deux trous noirs supermassifs sont plus proches l’un de l’autre que tout autre binaire de trous noirs supermassifs que nous avons vus, séparés par une distance de seulement 1 600 années-lumière. Finalement, pensent les astronomes, les deux trous noirs deviendront si proches l’un de l’autre qu’ils fusionneront, devenant une bête beaucoup plus grande.

La découverte confirme non seulement que NGC 7727 est le produit d’une fusion entre deux galaxies, mais nous offre un laboratoire merveilleusement proche pour sonder les interactions entre les trous noirs supermassifs alors qu’ils tourbillonnent dans leur danse orbitale de pré-fusion.

“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 du précédent détenteur du record”, explique l’astronome Karina Voggel de l’Observatoire de Strasbourg en France.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les binaires de trous noirs supermassifs intéressent les astronomes. Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de la plupart des galaxies, les noyaux autour desquels tout le reste tourne.

Lorsque deux sont trouvés ensemble, cela indique que deux galaxies se sont réunies. Nous savons que ce processus se produit ; trouver un binaire de trou noir supermassif peut nous dire à quoi il ressemble dans les étapes finales.

Les binaires supermassifs des trous noirs peuvent également nous dire comment ces objets colossaux – des millions à des milliards de fois la masse du Soleil – peuvent devenir si incroyablement massifs. Les fusions de trous noirs binaires sont un moyen pour cette croissance de se produire. La découverte de trous noirs supermassifs binaires nous aidera à comprendre s’il s’agit d’une voie commune pour cette croissance, ce qui permettra à son tour une modélisation plus précise.

NGC 7727 était un objet d’intérêt pour un trou noir supermassif binaire depuis un certain temps. Ses caractéristiques physiques suggèrent que la galaxie est le produit d’une fusion galactique, parfois dans son passé lointain. Cependant, les trous noirs sont difficiles à voir à moins qu’ils n’accrétent activement de la matière. Ensuite, le nuage de matière autour du trou noir brille intensément avec le rayonnement. NGC 7727 n’avait pas le flux lumineux habituellement associé à deux trous noirs supermassifs actifs.

C’est là que la proximité de la galaxie a donné un avantage aux astronomes. Parce que NGC 7727 est si proche, les chercheurs ont pu obtenir des données de mouvement pour les étoiles du centre galactique, en fonction de la façon dont leur lumière change lorsqu’elles tourbillonnent. Cela a révélé que le centre galactique contient non pas un, mais deux trous noirs supermassifs.

L’un de ces trous noirs supermassifs est relativement gros, atteignant environ 154 millions de fois la masse du Soleil. L’autre compagnon, beaucoup plus petit, n’a que 6,3 millions de masses solaires. Un seul de ces trous noirs s’est révélé actif : le plus petit. Cela explique pourquoi il y avait si peu de rayonnement ; le trou noir beaucoup plus grand est au repos.

Cela suggère, selon les chercheurs, qu’il pourrait y avoir beaucoup plus de binaires de trous noirs supermassifs que nous ne pouvons actuellement détecter.

“Notre découverte implique qu’il pourrait y avoir beaucoup plus de ces reliques de fusions de galaxies et qu’elles pourraient contenir de nombreux trous noirs massifs cachés qui attendent toujours d’être trouvés”, a déclaré Voggel.

“Cela pourrait augmenter de 30% le nombre total de trous noirs supermassifs connus dans l’Univers local.”

Bien que les deux trous noirs soient destinés à fusionner, cela va prendre du temps ; environ 250 millions d’années, selon les chercheurs. Mais, bien que nous ne puissions pas l’observer se produire, le système binaire offre l’espoir qu’il y a beaucoup plus de fusions de trous noirs supermassifs qui se déroulent autour de nous.

Nous ne pouvons pas encore les détecter ; les ondes gravitationnelles émises seraient de fréquence trop basse pour nos instruments actuels. Mais de nouveaux instruments, tels que le détecteur d’ondes gravitationnelles basé dans l’espace LISA, devraient pouvoir le faire, ont déclaré les chercheurs.

Et la découverte pourrait nous dire comment trouver des trous noirs supermassifs binaires, même dans des galaxies plus éloignées, où nous ne pouvons pas obtenir de données de mouvement détaillées pour les étoiles centrales.

“Cibler des amas d’étoiles nucléaires survivantes brillantes dans des galaxies fusionnées peut faciliter la découverte de trous noirs supermassifs doubles à des séparations plus petites dans l’univers local, même lorsqu’ils ne sont pas des noyaux galactiques actifs lumineux”, ont-ils écrit dans leur article.

“Cela permettra des études beaucoup plus détaillées de ces systèmes qui pourront ensuite servir de modèles pour les trouver plus largement dans l’Univers lointain.”

La recherche a été publiée dans Astronomy & Astrophysics.

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