Les astronomes de l’Université du Texas à l’observatoire McDonald d’Austin ont découvert une masse inhabituellement massive trou noir au cœur de l’un des voie LactéeLes galaxies satellites naines de , appelées Leo I. Presque aussi massives que le trou noir de notre propre galaxie, cette découverte pourrait redéfinir notre compréhension de l’évolution de toutes les galaxies – les éléments constitutifs de l’univers. L’ouvrage est publié dans un numéro récent de Le Journal d’Astrophysique.
L’équipe a décidé d’étudier Lion I en raison de sa particularité. Contrairement à la plupart des galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée, Lion I ne contient pas beaucoup de matière noire. Les chercheurs ont mesuré le profil de matière noire de Lion I, c’est-à-dire comment la densité de matière noire change des bords extérieurs de la galaxie jusqu’à son centre. Ils l’ont fait en mesurant son attraction gravitationnelle sur les étoiles : plus les étoiles se déplacent rapidement, plus la matière est enfermée dans leurs orbites. En particulier, l’équipe a voulu savoir si la densité de matière noire augmente vers le centre de la galaxie. Ils voulaient également savoir si leur mesure de profil correspondrait à des mesures précédentes effectuées à l’aide de données de télescopes plus anciennes combinées à des modèles informatiques.
Les astronomes de l’Observatoire McDonald ont découvert que Leo I (en médaillon), une minuscule galaxie satellite de la Voie lactée (image principale), a un trou noir presque aussi massif que celui de la Voie lactée. Lion I est 30 fois plus petit que la Voie lactée. Le résultat pourrait signaler des changements dans la compréhension des astronomes de l’évolution des galaxies. Crédit : ESA/Gaia/DPAC ; SDSS (encart)
Dirigée par la récente doctorante de l’UT Austin, María José Bustamante, l’équipe comprend les astronomes de l’UT Eva Noyola, Karl Gebhardt et Greg Zeimann, ainsi que des collègues de l’Institut allemand Max Planck de physique extraterrestre (MPE).
Pour leurs observations, ils ont utilisé un instrument unique appelé VIRUS-W sur le télescope Harlan J. Smith de 2,7 mètres de l’observatoire McDonald.
Lorsque l’équipe a introduit ses données améliorées et ses modèles sophistiqués dans un superordinateur du Texas Advanced Computing Center d’UT Austin, elle a obtenu un résultat surprenant.
« Les mannequins crient qu’il faut un trou noir au centre ; vous n’avez pas vraiment besoin de beaucoup de matière noire », a déclaré Gebhardt. « Vous avez une toute petite galaxie qui tombe dans la Voie lactée, et son trou noir est à peu près aussi massif que celui de la Voie lactée. Le rapport de masse est absolument énorme. La Voie Lactée est dominante ; le trou noir Leo I est presque comparable. Le résultat est sans précédent.
Les chercheurs ont déclaré que le résultat était différent des études précédentes sur Leo I en raison d’une combinaison de meilleures données et de simulations de superordinateur. La région centrale et dense de la galaxie était pour la plupart inexplorée dans les études précédentes, qui se concentraient sur les vitesses des étoiles individuelles. L’étude actuelle a montré que pour les quelques vitesses qui ont été prises dans le passé, il y avait un biais en faveur des faibles vitesses. Ceci, à son tour, a diminué la quantité inférée de matière enfermée dans leurs orbites.
Le télescope Harlan J. Smith de 2,7 mètres (107 pouces) de l’observatoire Austin McDonald de l’Université du Texas. Crédit : Marty Harris/Observatoire McDonald
Les nouvelles données sont concentrées dans la région centrale et ne sont pas affectées par ce biais. La quantité de matière inférée contenue dans les orbites des étoiles a monté en flèche.
La découverte pourrait ébranler la compréhension des astronomes de l’évolution des galaxies, car “il n’y a aucune explication à ce type de trou noir dans les galaxies sphéroïdales naines”, a déclaré Bustamante.
Le résultat est d’autant plus important que les astronomes ont utilisé des galaxies telles que Leo I, appelées “galaxies sphéroïdales naines”, pendant 20 ans pour comprendre comment la matière noire est distribuée dans les galaxies, a ajouté Gebhardt. Ce nouveau type de fusion de trous noirs donne également aux observatoires d’ondes gravitationnelles un nouveau signal à rechercher.
“Si la masse du trou noir de Lion I est élevée, cela peut expliquer comment les trous noirs se développent dans les galaxies massives”, a déclaré Gebhardt. C’est parce qu’au fil du temps, alors que de petites galaxies comme Lion I tombent dans des galaxies plus grandes, le trou noir de la plus petite galaxie fusionne avec celui de la plus grande galaxie, augmentant sa masse.
Construit par une équipe de MPE en Allemagne, VIRUS-W est désormais le seul instrument au monde capable d’effectuer ce type d’étude du profil de la matière noire. Noyola a souligné que de nombreuses galaxies naines de l’hémisphère sud sont de bonnes cibles pour elle, mais aucun télescope de l’hémisphère sud n’est équipé pour cela. Cependant, le télescope géant de Magellan (GMT) actuellement en construction, le Chili était en partie conçu pour ce type de travaux. UT Austin est un partenaire fondateur du GMT.
Référence : « Analyse dynamique de la matière noire et de la masse du trou noir central dans le Lion sphéroïdal nain I » par MJ Bustamante-Rosell, Eva Noyola, Karl Gebhardt, Maximilian H. Fabricius, Ximena Mazzalay, Jens Thomas et Greg Zeimann, 5 novembre 2021 , Le Journal d’Astrophysique.
DOI : 10.3847 / 1538-4357 / ac0c79
