Trous noirs supermassifs sur un parcours de collision : la paire de trous noirs supermassifs la plus proche jamais découverte sur Terre

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Two Black Holes Collide Merge
Fusion de deux trous noirs

Vue d’artiste d’une paire de trous noirs proches.

Utilisation de l’Observatoire européen austral Très grand télescope (CETTE‘s VLT), les astronomes ont révélé la paire de trous noirs supermassifs la plus proche de la Terre jamais observée. Les deux objets ont également une séparation beaucoup plus petite que toute autre paire de trous noirs supermassifs précédemment repérés et finiront par fusionner en un seul géant. trou noir.

Située dans la galaxie NGC 7727 dans la constellation du Verseau, la paire de trous noirs supermassifs se trouve à environ 89 millions d’années-lumière de la Terre. Bien que cela puisse sembler lointain, il bat le record précédent de 470 millions d’années-lumière de loin, faisant de la nouvelle paire de trous noirs supermassifs la plus proche de nous à ce jour.

Paire de trous noirs supermassifs la plus proche

Cette image montre des vues rapprochées (à gauche) et larges (à droite) des deux noyaux galactiques brillants, chacun abritant un trou noir supermassif, dans NGC 7727, une galaxie située à 89 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau. Chaque noyau est constitué d’un groupe dense d’étoiles avec un trou noir supermassif en son centre. Les deux trous noirs sont sur une trajectoire de collision et forment la paire de trous noirs supermassifs la plus proche trouvée à ce jour. C’est également la paire avec la plus petite séparation entre deux trous noirs supermassifs trouvés à ce jour – observés à seulement 1600 années-lumière l’un de l’autre dans le ciel. L’image de gauche a été prise avec l’instrument MUSE sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO à l’observatoire de Paranal au Chili tandis que celle de droite a été prise avec le télescope d’enquête VLT de l’ESO. Crédit : ESO/Voggel et al. ; Equipe ESO/VST ATLAS. Remerciements : Université de Durham/CASU/WFAU

Des trous noirs supermassifs se cachent au centre de galaxies massives et lorsque deux de ces galaxies fusionnent, les trous noirs se retrouvent sur une trajectoire de collision. La paire dans NGC 7727 a battu le record de la plus petite séparation entre deux trous noirs supermassifs, car ils sont observés à seulement 1600 années-lumière l’un de l’autre dans le ciel. “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 séparation du précédent détenteur du record”, explique Karina Voggel, astronome à l’Observatoire de Strasbourg en France et auteur principal de l’étude. publié en ligne aujourd’hui (30 novembre 2021) dans Astronomie & Astrophysique.


À l’aide du Very Large Telescope de l’ESO, les astronomes ont révélé la paire de trous noirs supermassifs la plus proche de la Terre jamais observée. Cette vidéo résume la découverte.

“La petite séparation et la vitesse des deux trous noirs indiquent qu’ils fusionneront en un seul trou noir monstre, probablement dans les 250 millions d’années à venir”, ajoute le co-auteur Holger Baumgardt, professeur à l’Université du Queensland, en Australie. La fusion de tels trous noirs pourrait expliquer la formation des trous noirs les plus massifs de l’Univers.

Gros plan sur la paire de trous noirs supermassifs les plus proches

Vue rapprochée des deux brillants noyaux galactiques, chacun abritant un trou noir supermassif, dans NGC 7727, une galaxie située à 89 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau. Chaque noyau est constitué d’un groupe dense d’étoiles avec un trou noir supermassif en son centre. Les deux trous noirs sont sur une trajectoire de collision et forment la paire de trous noirs supermassifs la plus proche trouvée à ce jour. C’est également la paire avec la plus petite séparation entre deux trous noirs supermassifs – observés à seulement 1600 années-lumière l’un de l’autre dans le ciel. L’image a été prise avec l’instrument MUSE sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO à l’observatoire de Paranal au Chili. Crédit : ESO/Voggel et al.

Voggel et son équipe ont pu déterminer les masses des deux objets en examinant comment l’attraction gravitationnelle des trous noirs influence le mouvement des étoiles autour d’eux. Le plus grand trou noir, situé au cœur de NGC 7727, a une masse près de 154 millions de fois celle du Soleil, tandis que son compagnon a 6,3 millions de masses solaires.

Galaxie NGC 7727

Tout comme les gens à un carrefour achalandé peuvent accidentellement se heurter, les galaxies de l’Univers peuvent aussi le faire ! Mais dans ce cas, le résultat est plus dramatique qu’un petit coup de coude. Lorsque deux galaxies s’affrontent, elles se fondent l’une dans l’autre, donnant naissance à une nouvelle, plus grande. Un exemple est la galaxie NGC 7727, montrée dans cette image du VLT Survey Telescope (VST) de l’ESO au Chili.
Située à 89 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau, NGC 7727 serait le résultat d’un affrontement entre deux galaxies qui s’est produit il y a environ un milliard d’années. Les conséquences de cette énorme bosse cosmique sont encore évidentes dans la forme particulière et irrégulière de NGC 7727 et les flux d’étoiles dans ses régions extérieures. L’image a été prise en lumière visible dans le cadre du levé VST-ATLAS. L’objectif de l’enquête est de cartographier une vaste région du ciel austral – si grande que vous pourriez y contenir environ 19 000 pleines lunes ! En étudiant les galaxies de cette région, les astronomes visent à jeter un nouvel éclairage sur la nature de l’énergie noire, la force mystérieuse qui imprègne l’Univers et provoque son expansion accélérée. Crédit : Equipe ESO/VST ATLAS. Remerciements : Université de Durham/CASU/WFAU

C’est la première fois que les masses sont mesurées de cette manière pour une paire de trous noirs supermassifs. Cet exploit a été rendu possible grâce à la proximité du système avec la Terre et aux observations détaillées que l’équipe a obtenues à l’observatoire de Paranal au Chili à l’aide de l’explorateur spectroscopique multi-unités (MUSE) sur le VLT de l’ESO, un instrument avec lequel Voggel a appris à travailler pendant ses études à l’ESO. Mesurer les masses avec MUSE, et utiliser les données supplémentaires du Nasa/CETTE Le télescope spatial Hubble, a permis à l’équipe de confirmer que les objets de NGC 7727 étaient bien des trous noirs supermassifs.


Cette animation donne un aperçu de la méthode utilisée par les astronomes pour découvrir une paire de trous noirs supermassifs cachés à 89 millions d’années-lumière de la Terre dans la galaxie NGC 7727 – et pour mesurer leurs masses. La paire est la plus proche trouvée à ce jour, à la fois en ce qui concerne la distance à la Terre et la distance entre les deux trous noirs supermassifs. Les astronomes ont étudié les spectres des étoiles brillantes autour de chacun des trous noirs à l’aide de l’instrument MUSE du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. Les trous noirs plus massifs ont une attraction gravitationnelle plus forte sur les étoiles qui les entourent, les faisant se déplacer plus rapidement. Cet effet se reflète dans les spectres des étoiles, les raies spectrales étant plus larges si les étoiles se déplacent plus rapidement. En mesurant la largeur des raies spectrales des groupes d’étoiles entourant chaque trou noir de la paire, les astronomes ont calculé que les masses étaient d’environ 154 millions et 6,3 millions de fois celles du Soleil. Crédit : ESO/L. Calçada; L’équipe VST ATLAS ; Voggel et al.

Les astronomes soupçonnaient que la galaxie hébergeait les deux trous noirs, mais ils n’avaient pas été en mesure de confirmer leur présence jusqu’à présent car nous ne voyons pas de grandes quantités de rayonnement de haute énergie provenant de leur environnement immédiat, qui les trahiraient autrement. “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”, explique Voggel. “Cela pourrait augmenter de 30% le nombre total de trous noirs supermassifs connus dans l’univers local.”


Cette vidéo nous emmène à NGC 7727, une galaxie située à 89 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau et abritant la paire de trous noirs supermassifs la plus proche trouvée à ce jour. La paire est également celle avec la plus petite séparation entre deux trous noirs supermassifs – observés à seulement 1600 années-lumière l’un de l’autre dans le ciel. Chacun des deux trous noirs est situé au centre de l’un des deux noyaux brillants de NGC 7727 visible dans la partie finale de la vidéo. Les deux trous noirs sont sur une trajectoire de collision, voués à s’écraser ensemble et à fusionner en un trou noir géant probablement dans les 250 millions d’années à venir. La vue rapprochée de la région centrale de NGC 7727 et de ses deux noyaux a été prise avec l’instrument MUSE sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO à l’observatoire de Paranal au Chili. Crédit : ESO/L. Calçada ; N. Risinger (skysurvey.org); Enquête sur le ciel numérisé 2 ; L’équipe VST ATLAS ; Voggel et al. Musique : Azul Cobalto

La recherche de paires de trous noirs supermassifs cachés de la même manière devrait faire un grand pas en avant avec le télescope extrêmement grand (ELT) de l’ESO, qui devrait commencer à fonctionner plus tard cette décennie dans le désert d’Atacama au Chili. « Cette détection d’une paire de trous noirs supermassifs n’est qu’un début », déclare le co-auteur Steffen Mieske, astronome à l’ESO au Chili et responsable des opérations scientifiques de l’ESO Paranal. « Avec l’instrument HARMONI sur l’ELT, nous serons en mesure de faire des détections comme celle-ci considérablement plus loin qu’il n’est actuellement possible. L’ELT de l’ESO fera partie intégrante de la compréhension de ces objets.

Vue grand champ NGC 7727

Cette image du Digitized Sky Survey (DSS) montre la région du ciel autour de NGC 7727, une galaxie située à 89 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau. La galaxie est le point lumineux au centre. NGC 7727 abrite la paire de trous noirs supermassifs les plus proches de la Terre trouvée à ce jour. C’est également la paire avec la plus petite séparation entre deux trous noirs supermassifs – observés à seulement 1600 années-lumière l’un de l’autre dans le ciel. Crédit : ESO/Digitized Sky Survey 2. Remerciements : Davide De Martin

Référence : « Première détection dynamique directe d’un système de trou noir double super-massif à une séparation sous-kpc » 30 novembre 2021, Astronomie & Astrophysique.
DOI : 10.1051/0004-6361/202140827

The team is composed of Karina T. Voggel (Université de Strasbourg, CNRS, Observatoire astronomique de Strasbourg, France), Anil C. Seth (University of Utah, Salt Lake City, USA [UofU]), Holger Baumgardt (École de mathématiques et de physique, Université du Queensland, Sainte-Lucie, Australie), Bernd Husemann (Max-Planck-Institut fu¨r Astronomie, Heidelberg, Allemagne [MPIA]), Nadine Neumayer (MPIA), Michael Hilker (Observatoire européen austral, Garching bei Mu¨nchen, Allemagne), Renuka Pechetti (Institut de recherche en astrophysique, Liverpool John Moores University, Liverpool, Royaume-Uni), Steffen Mieske (Observatoire européen austral, Santiago de Chili, Chili), Antoine Dumont (UofU) et Iskren Georgiev (MPIA).

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