Il y a une petite galaxie dans le voisinage cosmique de la Voie lactée appelée Lion 1. C’est un sphéroïde nain qui se trouve à moins d’un million d’années-lumière de nous. Étonnamment, il a un trou noir supermassif à peu près de la même masse que Sagittarius A* dans notre galaxie. C’est inhabituel à plusieurs égards, et les astronomes veulent en savoir plus à ce sujet.
Le nom du trou noir supermassif central est Leo 1*. La galaxie elle-même est difficile à observer, en raison de sa proximité avec l’étoile brillante Regulus. Le Lion 1* est également difficile à repérer. Ce n’est tout simplement pas brillant, même s’il engloutit du matériel pour rester en vie. Alors, les astronomes du Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian, développent une méthode pour l’étudier et comprendre comment ce trou noir supermassif monstre pourrait exister dans une si petite galaxie.
“Les trous noirs sont des objets très insaisissables, et parfois ils aiment jouer à cache-cache avec nous”, a déclaré Fabio Pacucci, auteur principal d’une étude publiée cette semaine. “Les rayons de lumière ne peuvent pas s’échapper de leurs horizons d’événements, mais l’environnement qui les entoure peut être extrêmement lumineux – si suffisamment de matière tombe dans leur puits gravitationnel. Mais si un trou noir n’accumule pas de masse, il n’émet pas de lumière et devient impossible à trouver avec nos télescopes.
Lion 1 et son trou noir
L’existence du trou noir supermassif de cette galaxie a été suggérée en 2021 par des astronomes qui ont remarqué que les étoiles au cœur du Lion 1 accéléraient à leur approche. C’est une assez bonne preuve d’un trou noir. Cependant, l’imagerie des émissions de tout matériau en spirale dans le trou noir était impossible. Et ainsi, le trou noir de Leo 1 est resté terriblement hors de portée.
Qu’est-ce qui rend ce trou noir supermassif dans un sphéroïde nain si difficile à comprendre ? Regardons sa maison. Leo 1 est une galaxie très “faible en métal”, comme beaucoup d’autres sphéroïdes nains. Il a des étoiles, bien sûr, mais pas beaucoup de gaz. Jusqu’à récemment, les astronomes ne pensaient pas que ces types de galaxies avaient des trous noirs supermassifs centraux. C’est parce que ces monstres s’accumulent et grandissent en se nourrissant de gaz et d’autres matériaux qui errent trop près. Une galaxie pauvre en métaux et pauvre en gaz ne semble tout simplement pas être le bon environnement pour un monstre comme Leo 1 semble avoir.
Leo 1 est également une galaxie assez jeune. Il a traversé pour la dernière fois une époque de formation d’étoiles qui a commencé il y a environ 6 milliards d’années et s’est terminée il y a environ un milliard d’années. La formation d’étoiles engloutit beaucoup de gaz. De plus, puisque cette galaxie orbite autour de la Voie lactée, un passage étroit peut avoir enlevé plus de gaz. Cela aurait également ralenti le taux de formation des étoiles et privé le trou noir du carburant dont il a besoin. Donc, cela laisse beaucoup de questions, la première d’entre elles, s’il y a un trou noir de 3 millions de masse solaire dans Leo 1, comment est-il devenu si gros ? De toute évidence, il est né de quelque chose, et il continue de croître, quoique lentement. De plus, puisqu’il n’est pas extrêmement brillant avec des émissions, comment peut-il être observé ?
Observation du trou noir supermassif Leo 1*
Pacucci et son partenaire de recherche, Avi Loeb, suggèrent d’utiliser des étoiles géantes rouges comme traceurs pour suivre l’activité du trou noir supermassif. “Dans notre étude, nous avons suggéré qu’une petite quantité de masse perdue par les étoiles errant autour du trou noir pourrait fournir le taux d’accrétion nécessaire pour l’observer”, a expliqué Pacucci. “Les vieilles étoiles deviennent très grandes et rouges – nous les appelons des étoiles géantes rouges. Les géantes rouges ont généralement des vents forts qui transportent une fraction de leur masse dans l’environnement. L’espace autour de Leo I * semble contenir suffisamment de ces étoiles anciennes pour le rendre observable.
C’est une méthodologie intéressante qui devrait leur permettre d’acquérir plus d’informations sur le trou noir et son environnement. Cela soulève également plus de questions sur l’existence même de ce trou noir supermassif. “Observer Leo I* pourrait être révolutionnaire”, a déclaré Loeb, co-auteur de l’étude. « Ce serait le deuxième trou noir supermassif le plus proche après celui au centre de notre galaxie, avec une masse très similaire mais hébergé par une galaxie mille fois moins massive que la Voie lactée. Ce fait remet en question tout ce que nous savons sur la co-évolution des galaxies et de leurs trous noirs supermassifs centraux. Comment un bébé aussi surdimensionné a-t-il pu naître d’un parent mince ?
La plupart des galaxies hébergent des trous noirs supermassifs centraux qui représentent un petit pourcentage de leur masse totale. C’est le cas de la Voie Lactée. Mais, Leo 1 * brise le moule. “Dans le cas de Leo I”, a déclaré Loeb, “nous nous attendrions à un trou noir beaucoup plus petit. Au lieu de cela, Leo I semble contenir un trou noir de quelques millions de fois la masse du Soleil, similaire à celui hébergé par la Voie lactée. C’est excitant parce que la science progresse généralement le plus lorsque l’inattendu se produit.
Utilisation de radiotélescopes pour sonder Leo 1*
Bien qu’il n’y ait aucun moyen d’imager Leo 1* en lumière visible, il s’avère que les observatoires radio peuvent se concentrer dessus. L’équipe l’a déjà observé à l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra, du Karl Jansky Very Large Array et du Atacama Large Millimeter Array. Ces observations devraient confirmer l’existence du trou noir et donner une idée de son taux d’accrétion.
Les astrophysiciens à la recherche du deuxième trou noir supermassif le plus proche
L’accrétion des vents d’étoiles géantes rouges peut révéler le trou noir supermassif en Lion I
Analyse dynamique de la matière noire et de la masse du trou noir central dans le nain
Lion sphéroïdal I (liens vers PDF)
