Chandra a détecté des rayons X provenant de la galaxie naine Mrk 462, qui révèlent la présence d’un trou noir supermassif en croissance. Ce trou noir contient environ 200 000 fois la masse du Soleil et fournit des informations aux astronomes sur la façon dont certains des plus anciens trous noirs de l’Univers ont pu se former et grandir il y a des milliards d’années. L’image optique provient du télescope Pan-STARRS à Hawaï, avec plusieurs galaxies du groupe de galaxies HCG068 sur le côté gauche et la beaucoup plus petite Mrk 462 en bas à droite. Les astronomes vont continuer à essayer de déterminer le pourcentage de galaxies naines qui ont des trous noirs supermassifs. Crédit : Rayon X : NASA/CXC/Dartmouth Coll./J. Parker & ; R. Hickox ; Optique/IR : Pan-STARRS
La découverte d’une étoile supermassive trou noir supermassif dans une galaxie relativement petite pourrait aider les astronomes à percer le mystère entourant la façon dont les très grands trous noirs se développent.
Les chercheurs ont utilisé NASA‘s Chandra X-ray Observatory pour identifier un trou noir contenant environ 200 000 fois la masse du Soleil enfoui dans le gaz et la poussière dans la galaxie Mrk 462.
Mrk 462 ne contient que quelques centaines de millions d’étoiles, ce qui en fait une galaxie naine. En revanche, notre Voie lactée abrite quelques centaines de milliards d’étoiles. C’est l’une des premières fois qu’un trou noir supermassif fortement enfoui, ou “obscurci”, a été découvert dans une galaxie naine.
“Ce trou noir dans Mrk 462 est parmi les plus petits des trous noirs supermassifs, ou monstres”, a déclaré Jack Parker du Dartmouth College dans le New Hampshire, qui a dirigé l’étude avec son collègue Ryan Hickox, également de Dartmouth. “Les trous noirs de ce type sont notoirement difficiles à trouver”.
Dans les grandes galaxies, les astronomes trouvent souvent les trous noirs en recherchant les mouvements rapides des étoiles au centre des galaxies. Cependant, les galaxies naines sont trop petites et trop faibles pour que la plupart des instruments actuels puissent le détecter. Une autre technique consiste à rechercher les signatures des trous noirs en croissance, comme le gaz chauffé à des millions de degrés et brillant en rayons X lorsqu’il tombe vers un trou noir.
Les chercheurs de cette étude ont utilisé Chandra pour examiner huit galaxies naines qui avaient précédemment montré des indices de croissance de trous noirs à partir de données optiques recueillies par le Sloan Digital Sky Survey. Parmi ces huit galaxies, seule Mrk 462 présentait la signature en rayons X d’un trou noir en croissance.
L’intensité inhabituellement élevée des rayons X de haute énergie par rapport aux rayons X de basse énergie, ainsi que les comparaisons avec les données à d’autres longueurs d’onde, indiquent que le trou noir de Mrk 462 est fortement obscurci par du gaz.
“Comme les trous noirs enfouis sont encore plus difficiles à détecter que les trous noirs exposés, la découverte de cet exemple pourrait signifier qu’il existe beaucoup plus de galaxies naines avec des trous noirs similaires”, a déclaré Hickox. “C’est important car cela pourrait aider à répondre à une question majeure en astrophysique : comment les trous noirs sont-ils devenus si gros si tôt dans l’univers ?”.
Des recherches antérieures ont montré que les trous noirs peuvent atteindre un milliard de masses solaires lorsque l’univers a moins d’un milliard d’années, soit une petite fraction de son âge actuel. Une idée est que ces énormes objets ont été créés lorsque des étoiles massives se sont effondrées pour former des trous noirs qui ne pesaient qu’environ 100 fois la masse du Soleil. Cependant, les travaux théoriques peinent à expliquer comment ils ont pu prendre du poids assez rapidement pour atteindre les tailles observées dans l’univers primitif.
Crédit : X-ray : NASA/CXC/Dartmouth Coll./J. Parker & ; R. Hickox ; Optique/IR : Pan-STARRS
Une autre explication est que l’univers primitif a été ensemencé de trous noirs contenant des dizaines de milliers de masses solaires lorsqu’ils ont été créés – peut-être à partir de l’effondrement de gigantesques nuages de gaz et de poussière.
Une grande fraction de galaxies naines avec des trous noirs supermassifs favorise l’idée que de petites graines de trous noirs provenant de la première génération d’étoiles se sont développées étonnamment rapidement pour former les milliards d’objets de masse solaire dans l’univers primitif. Une fraction plus faible ferait pencher la balance en faveur de l’idée que les trous noirs ont commencé leur vie en pesant des dizaines de milliers de soleils.
Ces attentes s’appliquent parce que les conditions nécessaires à l’effondrement direct d’un nuage géant en un trou noir de taille moyenne devraient être rares, et on ne s’attend donc pas à ce qu’une grande fraction des galaxies naines contiennent des trous noirs supermassifs. En revanche, on s’attend à trouver des trous noirs de masse stellaire dans toutes les galaxies.
“Nous ne pouvons pas tirer de conclusions fortes à partir d’un seul exemple, mais ce résultat devrait encourager des recherches beaucoup plus approfondies pour les trous noirs enterrés.dans les galaxies naines”, a déclaré Parker. “Nous sommes excités par ce que nous pourrions apprendre”.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir La découverte d’un “mini” trou noir monstre pourrait fournir des indices sur une croissance supermassive étonnante.
Ces résultats devaient être présentés lors de la 239e réunion de l’American Astronomical Society à Salt Lake City, et faisaient partie d’un point de presse virtuel organisé le lundi 10 janvier.
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.
