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.
Dans certaines des parties les plus peuplées de l’univers, les trous noirs pourraient déchirer des milliers d’étoiles et utiliser leurs restes pour prendre du poids. Cette découverte, faite en utilisant NASACette découverte, réalisée à l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASApourrait aider à résoudre des questions essentielles sur une catégorie insaisissable de trous noirs.
Alors que les astronomes ont déjà découvert de nombreux exemples de trous noirs déchirant des étoiles, peu de preuves ont été trouvées pour une destruction à une échelle aussi immense. Ce type de destruction stellaire peut expliquer comment les trous noirs de taille moyenne sont formés par l’expansion rapide d’une étoile beaucoup plus petite. trou noir .
Les astronomes ont mené des recherches approfondies sur deux types de trous noirs. Les trous noirs plus petits, appelés “trous noirs de masse stellaire”, pèsent généralement de 5 à 30 fois la masse du Soleil. À l’autre extrémité du spectre se trouvent les trous noirs supermassifs, qui peuvent peser des millions, voire des milliards de masses solaires et que l’on trouve au centre de la plupart des grandes galaxies. Ces dernières années, il a également été prouvé qu’il existe une classe intermédiaire de trous noirs, appelés trous noirs de “masse intermédiaire”.
NGC 1385 Composite. Crédit : X-ray : NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al. ; optique : NASA/ESA/STScI.
L’étude la plus récente, qui a utilisé les données Chandra d’amas d’étoiles denses au centre de 108 galaxies, donne des indications sur le lieu et la manière dont ces trous noirs de taille moyenne pourraient émerger et se développer.
“Lorsque les étoiles sont si proches les unes des autres comme c’est le cas dans ces amas extrêmement denses, cela constitue un terrain fertile pour les trous noirs de masse intermédiaire”, a déclaré Vivienne Baldassare de l’Université d’État de Washington à Pullman, Washington, qui a dirigé l’étude. “Et il semble que plus l’amas d’étoiles est dense, plus il est susceptible de contenir un trou noir en croissance”.
NGC 1566 Composite. Crédit : X-ray : NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al. ; optique : NASA/ESA/STScI.
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 au centre de l’amas connaîtra une croissance rapide en attirant, déchiquetant et ingérant les abondantes étoiles situées à proximité.
Parmi les amas étudiés par Chandra, ceux dont la densité est supérieure à ce seuil sont environ deux fois plus susceptibles de contenir un trou noir 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.
NGC 3344 Composite. Crédit : X-ray : NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al. ; optique : NASA/ESA/STScI.
“C’est l’un des exemples les plus spectaculaires que nous ayons vus de la nature insatiable des trous noirs, car des milliers ou des dizaines de milliers d’étoiles peuvent être consommées pendant leur croissance”, a déclaré Nicholas C. Stone, coauteur de l’Université hébraïque de Jérusalem. “La croissance effrénée ne commence à ralentir que lorsque la réserve d’étoiles commence à se tarir”.
Les scientifiques ont envisagé d’autres façons dont les trous noirs massifs au centre des galaxies pourraient se former, notamment l’effondrement d’un gigantesque nuage de gaz et de poussière ou l’effondrement d’étoiles surdimensionnées directement dans un trou noir de taille moyenne. Ces deux idées requièrent des conditions qui, selon les scientifiques, n’ont existé que pendant les quelques centaines de millions d’années qui ont suivi le big bang.
NGC 6503 Composite. Crédit : X-ray : NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al. ; optique : NASA/ESA/STScI.
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 le big bang, jusqu’à aujourd’hui.
La croissance des trous noirs dans les amas d’étoiles denses pourrait également être un facteur important.expliquer la détection de ondes gravitationnellespar l’Observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) de certains trous noirs dont la masse est comprise entre 50 et 100 fois celle du Soleil. De tels trous noirs ne sont pas prévus par la plupart des modèles d’effondrement d’étoiles massives.
“Notre travail ne prouve pas que la croissance fulgurante des trous noirs se produit dans les amas d’étoiles”, a déclaré Adi Foord, un co-auteur de l’Université Stanford à Palo Alto, en Californie. “Mais avec des observations supplémentaires de rayons X et une modélisation théorique supplémentaire, nous pourrions faire un cas encore plus fort.”
Un article décrivant ces résultats a été accepté et publié dans The Astrophysical Journal.
Pour en savoir plus sur cette étude, voir Black Holes Destroy Thousands of Stars To Fuel Growth.
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.
