Condamnés à entrer en collision : Des astronomes annoncent la découverte de trous noirs binaires supermassifs.

Des trous noirs supermassifs en orbite

Deux trous noirs supermassifs orbitent l’un autour de l’autre dans un système binaire. Ils sont 10 fois plus proches l’un de l’autre que les trous noirs du seul autre système binaire connu de trous noirs supermassifs. Crédit : Caltech/R. Hurt (IPAC)

Une équipe de chercheurs de l’Université Purdue et d’autres institutions a découvert un black hole binary system, one of only two known such systems. The two black holes, which orbit each other, likely weigh the equivalent of 100 million suns each. One of the black holes powers a massive jet that moves outward at nearly the speed of light. The system is so far away that the visible light seen from Earth today was emitted 8.8 billion years ago.

The two are only between 200 AU and 2,000 AU apart, at least 10 times closer than the only other known supermassive binary black hole system. One AU is the distance from the Earth to the sun, which is about 150 million kilometers (93 million miles) or 8.3 light minutes.

The close separation is significant because such systems are expected to merge eventually. That event will release a massive amount of energy in the form of gravitational waves, causing ripples in space in every direction (and oscillations in matter) as the waves pass through.

Finding systems like this is also important for understanding the processes by which galaxies formed and how they ended up with massive black holes at their centers.

Bref résumé des méthodes

Les chercheurs ont découvert le système par sérendipité lorsqu’ils ont remarqué un modèle sinusoïdal répétitif dans les variations de son émission de luminosité radio dans le temps, sur la base de données prises après 2008. Une recherche ultérieure de données historiques a révélé que le système variait également de la même manière à la fin des années 1970 et au début des années 1980. Ce type de variation est exactement ce à quoi les chercheurs s’attendraient si l’émission en jet d’un trou noir était affectée par l’effet Doppler dû à son mouvement orbital lorsqu’il tourne autour de l’autre trou noir. Matthew Lister, du College of Science de l’université Purdue, et son équipe ont pris des images du système entre 2002 et 2012, mais le radiotélescope de l’équipe n’a pas la résolution nécessaire pour résoudre les trous noirs individuels à une telle distance. Les données d’imagerie de l’équipe confirment le scénario des trous noirs binaires et fournissent également l’angle d’orientation de l’écoulement du jet, qui est un élément essentiel du modèle de l’article pour les variations induites par le phénomène Doppler.

Deux trous noirs supermassifs en orbite l'un autour de l'autre

Deux trous noirs supermassifs sont vus en orbite l’un par rapport à l’autre dans cette animation d’artiste en boucle. Le trou noir le plus massif, dont la masse est des centaines de millions de fois supérieure à celle de notre soleil, émet un jet dont la luminosité apparente change au fur et à mesure que le duo tourne autour de l’autre. Les astronomes ont trouvé des preuves de ce scénario dans un quasar appelé PKS 2131-021 après avoir analysé 45 ans d’observations radio qui montrent que le système s’assombrit et s’éclaircit périodiquement. On pense que le modèle cyclique observé est causé par le mouvement orbital du jet. Crédit : Caltech/R. Hurt (IPAC)

L’expertise d’un professeur de Purdue

Matthew Lister, professeur de physique et d’astronomie au College of Science de l’Université Purdue, spécialise ses recherches dans les domaines suivants : noyaux actifs de galaxie, jets et chocs astrophysiques, quasars et objets BL Lacertae, galaxies de Seyfert I à ligne étroite, interférométrie à très longue base.

Pour en savoir plus sur cette étude :

Référence : “The Unanticipated Phenomenology of the Blazar PKS 2131-021 : A Unique Supermassive Black Hole Binary Candidate ” par S. O’Neill, S. Kiehlmann, A. C. S. Readhead, M. F. Aller, R. D. Blandford, I. Liodakis, M. L. Lister, P. Mróz, C. P. O’Dea, T. J. Pearson, V. Ravi, M. Vallisneri, K. A. Cleary, M. J. Graham, K. J. B. Grainge, M. W. Hodges, T. Hovatta, A. Lähteenmäki, J. W. Lamb, T. J. W. Lazio, W. Max-Moerbeck, V. Pavlidou, T. A. Prince, R. A. Reeves, M. Tornikoski, P. Vergara de la Parra et J. A. Zensus, 23 février 2022, The Astrophysical Journal Letters.
DOI : 10.3847/2041-8213/ac504b

Financement : Le soutien au programme MOJAVE comprend ;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA-Fermi grants 80NSSC19K1579, NNX15AU76G and NNX12A087G.

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