L’Univers primordial nageait avec des galaxies naines quelques centaines de millions d’années seulement après le Big Bang. Ils ont fusionné les uns avec les autres au fil du temps, créant des galaxies plus grandes et plus massives. Au même moment, les trous noirs géants à l’intérieur de ces naines ont également fusionné.
C’est l’histoire actuelle de la croissance et de l’évolution des galaxies que les astronomes comprennent. Et, de telles collisions racontent probablement l’histoire des débuts de notre propre galaxie. Maintenant, les astronomes ont trouvé la première preuve réelle de trous noirs géants et peut-être supermassifs dans des galaxies naines sur une trajectoire de collision. Non, ils n’ont pas regardé aussi loin dans le temps. C’est presque impossible à faire en ce moment. Alors, ils ont fait la meilleure chose suivante : ils ont regardé les collisions de galaxies naines plus près de chez eux.
Galaxies naines et trous noirs
Les galaxies naines existent dans tout l’Univers. Ils sont généralement assez petits, souvent avec quelques milliards d’étoiles. Il existe différentes saveurs de galaxies naines, telles que les sphéroïdales naines et les naines ultracompactes. Jusqu’à relativement récemment, les astronomes n’étaient pas sûrs que ces petites galaxies avaient des trous noirs centraux. Maintenant, ils savent que certains ont des trous noirs de masse intermédiaire. Un bon exemple est la minuscule galaxie appelée Fornax Ultracompact Dwarf 3. Il s’avère qu’elle a un trou noir assez massif.
Si les galaxies naines ont des trous noirs et si les naines sont entrées en collision dans l’Univers primitif pour former de plus grandes galaxies, alors ces trous noirs auraient-ils pu entrer en collision pour en faire des supermassifs ? C’est une question à laquelle les scientifiques ont tenté de répondre, en utilisant l’observatoire à rayons X de Chandra.
“Les astronomes ont trouvé de nombreux exemples de trous noirs sur des trajectoires de collision dans de grandes galaxies relativement proches”, a déclaré Marko Micic de l’Université de l’Alabama à Tuscaloosa. Il a dirigé une nouvelle étude qui cherchait des preuves de telles fusions dans des galaxies lointaines. “Mais leur recherche dans les galaxies naines est beaucoup plus difficile et a échoué jusqu’à présent.”
Trouver des preuves de collisions de trous noirs dans les galaxies naines
Pour comprendre ce qui s’est réellement passé “à l’époque”, Micic et son équipe ont observé des collisions de galaxies naines dans des régions plus proches de chez nous. Ils ont ensuite utilisé ce qu’ils ont trouvé pour faire des prédictions sur ce qui s’est passé dans l’Univers primitif. Tout d’abord, ils ont fait des observations approfondies avec Chandra. Il a recherché de la matière surchauffée entourant les collisions de naines et leurs trous noirs supermassifs. Ces régions chaudes émettent des quantités prodigieuses de rayons X, que Chandra détecte. Ce matériau surchauffé est aussi ce qui alimente les trous noirs.
L’équipe a ensuite comparé les observations avec les données infrarouges du Wide Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA et les données optiques du télescope Canada-France-Hawaï (CFHT). Essentiellement, ils ont recherché des paires de sources de rayons X brillantes dans des galaxies naines en collision. Ces sources révèlent l’emplacement des trous noirs dans les deux galaxies en fusion.
Qu’est-ce que l’équipe a trouvé ?
Les méthodes de données ont révélé des collisions candidates probables entre des trous noirs supermassifs à l’intérieur de galaxies naines. Selon la co-auteure de Micic, Olivia Holmes, “Nous avons identifié les deux premières paires différentes de trous noirs dans des galaxies naines en collision”, a-t-elle déclaré. Elle a également noté qu’ils fournissent des indices utiles sur des événements antérieurs. “En utilisant ces systèmes comme analogues à ceux de l’univers primitif, nous pouvons approfondir les questions sur les premières galaxies, leurs trous noirs et la formation d’étoiles causées par les collisions.”
Les collisions entre les paires de galaxies naines ont entraîné du gaz vers les trous noirs géants qu’elles contiennent chacune. Cela a créé une frénésie alimentaire, provoquant la croissance de chaque trou noir. Finalement, la collision probable des trous noirs créera des trous noirs plus grands à mesure que leurs galaxies fusionneront.
Une paire se trouve dans l’amas de galaxies Abell 133, qui se trouve à environ 760 millions d’années-lumière. L’équipe scientifique a surnommé le couple “Mirabilis”. C’est après une espèce de colibri à longue queue. Les deux galaxies naines sont aux derniers stades de leur fusion et montrent une longue queue de matière agitée par les effets de marée de leur danse gravitationnelle. Leur fusion est presque terminée.
L’équipe a observé une deuxième paire de galaxies naines fusionnantes dans l’amas de galaxies Abell 1758S. C’est à environ 3,2 milliards d’années-lumière. Ses galaxies fusionnées sont appelées “Elstir” et “Vinteuil”, d’après deux personnages fictifs de “A la recherche du temps perdu” de Marcel Proust. Ces deux objets ne font que commencer leur fusion, mais leurs interactions avec les trous noirs montrent déjà une activité caractéristique des rayons X.
Implications des fusions
Suivant la théorie hiérarchique de l’évolution des galaxies, les plus petits ont fusionné dans l’Univers primitif, en créant de plus en plus grands au fur et à mesure que de nouvelles fusions se produisaient. S’ils avaient des trous noirs, et nous savons que des trous noirs existaient à ces premières époques, alors les trous noirs auraient également dû fusionner. Non seulement des observations comme celles-ci fournissent un moyen de déterminer si c’est ce qui s’est passé dans l’Univers primitif, mais elles nous donnent également un aperçu de l’histoire de notre propre galaxie.
La Voie lactée, par exemple, continue de cannibaliser les galaxies naines aujourd’hui, quelque 13,6 milliards d’années après le début de sa formation. Actuellement, les astronomes savent qu’environ 50 naines entourent la Voie lactée. Notre galaxie en ingère certains, comme le nain Sagittaire.
Au début de son histoire, le premier ancêtre de la Voie lactée est entré en collision avec un voisin appelé Gaia-Encelade. Cette collision, qui a eu lieu il y a environ 10 milliards d’années, a enrichi la jeune Voie lactée et a stimulé une vague de formation d’étoiles qui a contribué à remplir notre galaxie. Il est très probable que des collisions de trous noirs centraux se soient également produites. Ils ont conduit à la formation de Sagittarius A*, le trou noir supermassif central qui existe aujourd’hui au cœur de la Voie lactée.
L’examen des fusions de galaxies et des collisions de trous noirs au fil du temps devrait aider les astronomes à combler les lacunes dans les connaissances sur la façon dont toutes les galaxies, y compris la Voie lactée, ont grandi et changé au fil du temps. Cette nouvelle étude leur donne une chance de commencer avec les galaxies naines, les premiers éléments constitutifs de galaxies comme notre Voie lactée.
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