Deux trous noirs supermassifs découverts dans des « galaxies fossiles » créées par collision sont si massifs qu’ils refusent d’entrer en collision et de fusionner. Cette découverte pourrait expliquer pourquoi, même si les fusions de trous noirs supermassifs sont théoriquement prédites, elles n’ont jamais été observées en cours.
Le système de trous noirs supermassifs est situé dans la galaxie elliptique B2 0402+379. Ensemble, les deux trous noirs ont une masse commune de 28 milliard fois plus grand que celui du soleil, ce qui en fait le trou noir binaire le plus massif jamais vu. De plus, les composants binaires de ce système sont les plus proches d’une paire de trous noirs supermassifs, séparés par seulement 24 années-lumière.
Il s’agit du seul trou noir supermassif binaire qui ait jamais été résolu de manière suffisamment détaillée pour permettre de voir les deux objets séparément. Curieusement, même si la proximité des deux corps suggère qu’ils devraient entrer en collision et fusionner, ils semblent être enfermés dans la même danse orbitale l’un autour de l’autre depuis plus de 3 milliards d’années.
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L’équipe qui a trouvé le binaire dans les données collectées par le télescope Gemini North à Hawaï pense que les trous noirs supermassifs sont empêchés de fusionner en raison de leur énorme masse.
“Normalement, il semble que les galaxies avec des paires de trous noirs plus légères ont suffisamment d’étoiles et de masse pour les rapprocher rapidement”, a déclaré Roger Romani, membre de l’équipe et professeur de physique à l’Université de Stanford, dans un communiqué. déclaration. “Comme cette paire est si lourde, elle a nécessité beaucoup d’étoiles et de gaz pour faire le travail. Mais le binaire a parcouru la galaxie centrale de cette matière, la laissant au point mort.”
Un couple de trous noirs supermassifs n’est tout simplement pas compatible… pour le moment
B2 0402+379 est un « amas fossile » qui représente ce qui se produit lorsque l’ensemble d’un amas de galaxies composé d’étoiles et de gaz fusionne en une seule galaxie massive. L’énorme masse des deux trous noirs supermassifs en son cœur suggère qu’une chaîne de fusions entre des trous noirs plus petits les a créés lorsque plusieurs galaxies de l’amas se sont rencontrées et ont fusionné.
Les scientifiques pensent qu’au cœur de la plupart, sinon de la totalité, des galaxies se trouve un trou noir supermassif dont la masse équivaut à des millions ou des milliards de soleils. Aucune étoile ne peut s’effondrer pour donner naissance à des trous noirs aussi massifs, c’est pourquoi on pense que les trous noirs supermassifs naissent via des chaînes de fusions entre des trous noirs successivement de plus en plus grands.
Lorsque les galaxies elles-mêmes entrent en collision et fusionnent, les scientifiques émettent l’hypothèse que les trous noirs supermassifs situés en leur cœur se déplacent ensemble, formant un appariement binaire. Lorsqu’ils orbitent les uns autour des autres, ces trous noirs émettent des ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles qui éloignent le moment cinétique du binaire, provoquant une orbite plus rapprochée des trous noirs.
Finalement, lorsque les trous noirs sont suffisamment proches les uns des autres, leur attraction gravitationnelle devrait prendre le dessus, et les trous noirs entrent en collision et fusionnent, tout comme l’ont fait les trous noirs qui sont entrés en collision pour les créer. La question est la suivante : certains trous noirs supermassifs pourraient-ils être si massifs qu’une telle collision serait bloquée ?
La galaxie NGC 7727 montre à quoi ressemble une galaxie après des milliards d’années de fusion de galaxies (Crédit image : ESO)
Afin de mieux comprendre ce système de poids lourds des trous noirs, l’équipe s’est tournée vers les données d’archives récoltées par le spectrographe multi-objets (GSO) Gemini North de Gemini North. Cela leur permet de déterminer la vitesse des étoiles à proximité des deux trous noirs supermassifs et, par conséquent, la masse totale de ces trous noirs.
“L’excellente sensibilité du GMOS nous a permis de cartographier les vitesses croissantes des étoiles à mesure que l’on se rapproche du centre de la galaxie”, a ajouté Romani. “Grâce à cela, nous avons pu déduire la masse totale des trous noirs qui y résident“.
Une fusion au point mort
La masse des deux trous noirs du système est si grande que l’équipe pense qu’il faudrait une population exceptionnellement importante d’étoiles autour d’eux pour rapprocher les trous noirs supermassifs. Cependant, au fur et à mesure que cela se produit, l’énergie libérée par les binaires a projeté la matière loin de leur voisinage.
Cela a laissé le centre de B2 0402+379 dépourvu d’étoiles et de gaz suffisamment proches du binaire pour en extraire l’énergie. En conséquence, la progression de ces deux trous noirs supermassifs l’un vers l’autre s’est arrêtée à l’approche des dernières étapes avant une fusion.
Les résultats de l’équipe fournissent un contexte important concernant la formation de trous noirs supermassifs binaires après des fusions galactiques, mais soutiennent également l’idée selon laquelle la masse de ces binaires est essentielle pour empêcher les trous noirs de suivre leur exemple.
L’équipe ne sait actuellement pas si ces deux trous noirs supermassifs de ce binaire le plus lourd jamais détecté surmonteront cette pause pour éventuellement fusionner ou s’ils resteront définitivement enfermés dans les limbes de la fusion.
“Nous sommes impatients de poursuivre les investigations sur le noyau de B2 0402+379, où nous examinerons la quantité de gaz présente”, a déclaré Tirth Surti, auteur principal de la recherche et étudiant de premier cycle à Stanford. “Cela devrait nous permettre de mieux comprendre si les trous noirs supermassifs peuvent éventuellement fusionner ou s’ils resteront bloqués sous forme binaire.”
Une façon de mettre un terme à cette impasse supermassive serait de fusionner une autre galaxie avec B2 0402+379, jetant ainsi beaucoup plus d’étoiles, de gaz et un autre trou noir supermassif dans le mélange et bouleversant cet équilibre délicat. Le fait que B2 0402+379 soit une galaxie fossile intacte depuis des milliards d’années rend cependant ce scénario probable.
Une chose que cette recherche garantit est l’utilité des données d’archives de télescopes comme Gemini North, qui s’associe au télescope Gemini South situé sur une montagne des Andes chiliennes pour former l’Observatoire international Gemini, pour les astronomes.
“Les archives de données de l’Observatoire international Gemini contiennent une mine d’or de découvertes scientifiques inexploitées”, a déclaré Martin Still, directeur du programme de la Nation Science Foundation pour l’Observatoire international Gemini. “Les mesures de masse de ce trou noir binaire supermassif extrême sont un exemple impressionnant de l’impact potentiel de nouvelles recherches explorant ces riches archives.”
Les recherches de l’équipe sont publiées dans le Journal d’Astrophysique.
2024-03-02 02:00:28
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