Trouvé: 3 trous noirs dus à la collision

Les astronomes travaillant avec les données de l'observatoire spatial Chandra à rayons X ont déclaré cette semaine (le 25 septembre 2019) avoir localisé trois trous noirs supermassifs sur une trajectoire de collision. Le système dans lequel cette fusion de trois trous noirs est en cours est appelé SDSS J0849 + 1114. Il est situé à environ un milliard d'années-lumière de la Terre. Des télescopes au sol et dans l'espace, notamment Chandra, Hubble, WISE et NuSTAR, ont capturé la scène, que les scientifiques appellent:

… La meilleure preuve à ce jour pour un trio de trous noirs géants.

Nous n’avons donc pas encore vu beaucoup de systèmes comme celui-ci. Et pourtant, les astronomes pensent que les collisions de triplets comme celle-ci jouent un rôle essentiel dans la croissance des plus grands trous noirs au fil du temps. Ryan Pfeifle de l’Université George Mason de Fairfax, en Virginie, est le premier auteur d’un nouvel article dans le journal astrophysique revu par des pairs, qui décrit ces résultats (préimpression ici). Il a dit:

Nous ne cherchions que des paires de trous noirs à l'époque, et pourtant, grâce à notre technique de sélection, nous sommes tombés sur ce système incroyable. C’est la preuve la plus solide qui ait été trouvée pour un tel système triple d’alimentation active de trous noirs super massifs.

La déclaration de ces scientifiques décrit leur processus:

Les chercheurs devaient combiner les données de télescopes sur le sol et dans l’espace pour découvrir ce rare trou noir. Premièrement, le télescope Sloan Digital Sky Survey, qui balaye de larges pans du ciel à la lumière optique du Nouveau-Mexique, a pris une image du SDSS J0849 + 1114. Avec l'aide de citoyens scientifiques participant à un projet appelé Galaxy Zoo, il a ensuite été identifié comme un système de collision de galaxies.

Ensuite, les données de la mission WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA ont révélé que le système brillait intensément dans l'infrarouge au cours d'une phase de la fusion de la galaxie, alors que plusieurs trous noirs devaient se nourrir rapidement. Pour suivre ces indices, les astronomes se sont ensuite tournés vers Chandra et le grand télescope binoculaire en Arizona.

Les données de Chandra ont révélé des sources de rayons X - un signe révélateur de la consommation de matériaux par les trous noirs - aux centres lumineux de chaque galaxie de la fusion, exactement là où les scientifiques s’attendent à ce que des trous noirs supermassifs résident. Chandra et le réseau de télescopes de spectroscopie nucléaire de la NASA (NuSTAR) ont également mis en évidence de grandes quantités de gaz et de poussière autour de l'un des trous noirs, typiques d'un système de trous noirs en fusion.

La co-auteure Christina Manzano-King de l'Université de Californie, Riverside, a déclaré:

Les spectres optiques contiennent une mine d'informations sur une galaxie. Ils sont couramment utilisés pour identifier les trous noirs supermassifs qui s'accumulent activement et peuvent refléter l'impact qu'ils ont sur les galaxies qu'ils habitent.

Ces astronomes ont déclaré qu'une des raisons pour lesquelles il est difficile de trouver un triplet de trous noirs supermassifs est que les trous sont probablement enveloppés de gaz et de poussière, bloquant une grande partie de leur lumière. Les images infrarouges de WISE, les spectres infrarouges de LBT et les images radiologiques de Chandra contournent ce problème, ont-ils dit, car la lumière infrarouge et celle à rayons X percent beaucoup plus facilement les nuages ​​de gaz que la lumière optique. Pfeifle a expliqué:

En utilisant ces principaux observatoires, nous avons identifié un nouveau moyen d’identifier les trous noirs triples supermassifs. Chaque télescope nous donne un indice différent sur ce qui se passe dans ces systèmes. Nous espérons prolonger notre travail pour trouver plus de triples utilisant la même technique.

Shobita Satyapal, également de George Mason, a également expliqué pourquoi ce système est passionnant pour les scientifiques:

Les trous noirs doubles et triples sont extrêmement rares, mais de tels systèmes sont en réalité une conséquence naturelle des fusions de galaxies, ce qui, selon nous, est le mode de croissance et d'évolution des galaxies.

Comme vous vous en doutez, ces scientifiques ont déclaré que la fusion de trois trous noirs supermassifs se comporte différemment d'une paire:

Lorsqu'il y a trois de ces trous noirs en interaction, une paire devrait se fondre dans un trou noir plus grand beaucoup plus rapidement que si les deux étaient seuls. Cela pourrait être une solution à une énigme théorique appelée «problème final du parsec», dans laquelle deux trous noirs supermassifs peuvent s'approcher à quelques années-lumière l'une de l'autre, mais nécessiteraient un effort supplémentaire pour se fondre à cause de l'excès d'énergie. ils portent dans leurs orbites. L'influence d'un troisième trou noir, comme dans SDSS J0849 + 1114, pourrait enfin les rapprocher.

Des simulations sur ordinateur ont montré que 16% des paires de trous noirs supermassifs dans des galaxies en collision auront interagi avec un troisième trou noir supermassif avant leur fusion. Ces fusions produiront des ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles. Ces ondes auront des fréquences inférieures à celles de l’observatoire d’interféromètre à laser gravitationnel (LIGO) et du détecteur d’ondes gravitationnelles européen Virgo. Cependant, ils peuvent être détectables avec des observations radio de pulsars, ainsi que de futurs observatoires spatiaux, tels que l’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA) de l’Agence spatiale européenne, qui détectera les trous noirs jusqu’à un million de masses solaires.

En résumé: les astronomes ont découvert un système de 3 galaxies - appelé SDSS J0849 + 1114 - qui se sont mis en orbite autour d’un milliard d’années-lumière de la Terre. Chaque galaxie contient un trou noir super-massif, qui s’entourent, et risquent de se heurter.

Via Chandra