Dévastation stellaire à grande échelle : Les trous noirs détruisent des milliers d’étoiles pour alimenter leur croissance.

Lorsqu’une étoile s’approche trop près d’un trou noir, des marées intenses la brisent en un flux de gaz. Cette animation d’artiste montre certains de ces restes entourant le trou noir sous la forme d’un disque de débris. Crédit : Centre de vols spatiaux Goddard de la NASA.

• Les astronomes ont trouvé des preuves de la destruction de milliers d’étoiles dans de multiples galaxies, en utilisant les techniques de l’astronomie. NASAL’observatoire Chandra X-ray de la NASA.
• Les trous noirs en croissance au sein d’amas stellaires denses seraient responsables de cette dévastation à grande échelle.
• Ce processus pourrait expliquer les “trous noirs de masse intermédiaire” par la croissance incontrôlée des trous noirs de masse stellaire.
• La nouvelle étude a impliqué l’observation de plus d’une centaine de galaxies avec Chandra.

Une nouvelle étude de plus de 100 galaxies réalisée par l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA a permis de découvrir des signes indiquant que les trous noirs détruisent des milliers d’étoiles dans le but de gagner du poids. Les quatre galaxies présentées dans le graphique ci-dessous font partie des 29 galaxies de l’échantillon qui ont montré des signes de croissance de trous noirs près de leur centre. Les rayons X de Chandra (en bleu) ont été superposés aux images optiques du télescope spatial Hubble de la NASA des galaxies NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 et NGC 6503. Les cases qui apparaissent dans l’image au bas de cet article montrent l’emplacement des trous noirs naissants.

Ces quatre galaxies font partie d’une grande étude de plus de 100 galaxies menée par Chandra qui a recherché des preuves de trous noirs en croissance. Une nouvelle étude a mis en évidence des preuves que les trous noirs de masse stellaire dans ces environnements denses déchirent de multiples étoiles, et utilisent ensuite leurs débris pour alimenter leur croissance. Les résultats de l’étude Chandra fournissent une piste pour la création de “trous noirs de masse intermédiaire”, une catégorie de trous noirs plus grands que ceux de masse stellaire mais plus petits que les trous noirs supermassifs. Pour chacune de ces galaxies, les données Chandra sont présentées avec les images optiques du télescope spatial Hubble. Crédit : Rayons X : NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al. ; Optique : NASA/ESA/STScI

Ces nouveaux résultats indiquent qu’au moins certains de ces trous noirs ont suivi un chemin relativement violent pour atteindre leur taille actuelle – une destruction stellaire à une échelle rarement, voire jamais, observée auparavant.

Les astronomes ont fait des études détaillées de deux classes distinctes de trous noirs. Les plus petits sont les trous noirs de “masse stellaire” qui pèsent généralement de 5 à 30 fois la masse du Soleil. À l’autre extrémité du spectre se trouvent les trous noirs supermassifs qui vivent au milieu de la plupart des grandes galaxies et qui pèsent des millions, voire des milliards de masses solaires. Ces dernières années, il a également été prouvé qu’il existe une classe intermédiaire appelée “trous noirs de masse intermédiaire” (IMBH). La nouvelle étude menée par Chandra pourrait expliquer comment de tels IMBHs sont créés par la croissance rapide de trous noirs de masse stellaire.

L’une des clés de la fabrication des IMBH pourrait être leur environnement. Ces dernières recherches ont porté sur des amas d’étoiles très denses au centre des galaxies. Avec des étoiles aussi proches les unes des autres, de nombreuses étoiles passeront sous l’attraction gravitationnelle des trous noirs au centre des amas. Les travaux théoriques de l’équipe impliquent que si la densité d’étoiles dans un amas – le nombre d’étoiles entassées dans un volume donné – est supérieure à une valeur seuil, un trou noir de masse stellaire peut se former. trou noir au centre de l’amas va connaître une croissance rapide en attirant, déchiquetant et ingérant les abondantes étoiles voisines qui se trouvent à proximité.

Parmi les amas étudiés par Chandra, ceux dont la densité est supérieure à ce seuil présentent environ deux fois plus de trous noirs en croissance que ceux dont la densité est inférieure à ce seuil. Le seuil de densité dépend également de la vitesse de déplacement des étoiles dans les amas.

Le processus suggéré par la dernière étude Chandra peut se produire à n’importe quel moment de l’histoire de l’univers, ce qui implique que les trous noirs de masse intermédiaire peuvent se former des milliards d’années après l’apparition des étoiles. Big Bangjusqu’à aujourd’hui.

Crédit : X-ray : NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al. ; Optique : NASA/ESA/STScI

Un articledécrivant ces résultats a été accepté et figure dans The Astrophysical Journal. Les auteurs de l’étude sont Vivienne Baldassare (Washington State University), Nicolas C. Stone (Hebrew University in Jerusalem, Israel), Adi Foord (Stanford University), Elena Gallo (University of Michigan), et Jeremiah Ostriker (Université de Princeton).

Référence : “Formation de trous noirs massifs dans des environnements stellaires denses : Enhanced X-ray detection rates in high velocity dispersion nuclear star clusters” par Vivienne F. Baldassare, Nicholas C. Stone, Adi Foord, Elena Gallo et Jeremiah P. Ostriker, 14 avril 2022, The Astrophysical Journal.
DOI : 10.3847/1538-4357/ac5f51
arXiv:2203.02517

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, Massachusetts, et les opérations de vol depuis Burlington, Massachusetts.