Une équipe d’astronomes a découvert l’un des plus grands trous noirs jamais trouvés, profitant d’un phénomène appelé lentille gravitationnelle.
L’équipe, dirigée par l’Université de Durham, au Royaume-Uni, a utilisé la lentille gravitationnelle – où une galaxie de premier plan dévie la lumière d’un objet plus éloigné et l’amplifie – et des simulations de superordinateur sur l’installation DiRAC HPC, ce qui a permis à l’équipe d’examiner de près comment la lumière est courbée par un trou noir à l’intérieur d’une galaxie à des centaines de millions d’années-lumière de la Terre.
Ils ont trouvé un trou noir ultramassif, un objet de plus de 30 milliards de fois la masse de notre soleil, dans la galaxie de premier plan, une échelle rarement vue par les astronomes.
Il s’agit du premier trou noir découvert à l’aide de cette technique, dans laquelle l’équipe simule la lumière traversant l’univers des centaines de milliers de fois. Chaque simulation comprend un trou noir de masse différente, modifiant le trajet de la lumière vers la Terre.
Lorsque les chercheurs ont inclus un trou noir ultramassif dans l’une de leurs simulations, le chemin emprunté par la lumière de la lointaine galaxie pour atteindre la Terre correspondait au chemin observé dans les images réelles capturées par le télescope spatial Hubble.
Les résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Une vidéo montrant comment les astronomes ont utilisé la lentille gravitationnelle pour découvrir un trou noir de 30 milliards de fois la masse du soleil dans une galaxie à 2 milliards d’années-lumière. Crédit : Université de Durham
L’auteur principal, le Dr James Nightingale, du département de physique de l’Université de Durham, a déclaré : « Ce trou noir particulier, qui représente environ 30 milliards de fois la masse de notre soleil, est l’un des plus grands jamais détectés et à la limite supérieure de la taille que nous avons. Je pense que les trous noirs peuvent théoriquement devenir, c’est donc une découverte extrêmement excitante. »
Une lentille gravitationnelle se produit lorsque le champ gravitationnel d’une galaxie de premier plan semble courber la lumière d’une galaxie d’arrière-plan, ce qui signifie que nous l’observons plus d’une fois.
Comme une vraie lentille, cela agrandit également la galaxie d’arrière-plan, permettant aux scientifiques de l’étudier avec plus de détails.
Le Dr Nightingale a déclaré: « La plupart des plus grands trous noirs que nous connaissons sont dans un état actif, où la matière attirée à proximité du trou noir se réchauffe et libère de l’énergie sous forme de lumière, de rayons X et d’autres radiations. »
« Cependant, la lentille gravitationnelle permet d’étudier les trous noirs inactifs, ce qui n’est actuellement pas possible dans les galaxies lointaines. Cette approche pourrait nous permettre de détecter de nombreux autres trous noirs au-delà de notre univers local et de révéler comment ces objets exotiques ont évolué plus loin dans le temps cosmique. »
L’étude, qui comprend également l’Institut Max Planck d’Allemagne, ouvre la possibilité alléchante que les astronomes puissent découvrir beaucoup plus de trous noirs inactifs et ultramassifs qu’on ne le pensait auparavant, et étudier comment ils sont devenus si grands.
L’histoire de cette découverte particulière a commencé en 2004 lorsque son collègue astronome de l’Université de Durham, le professeur Alastair Edge, a remarqué un arc géant d’une lentille gravitationnelle lors de l’examen d’images d’un relevé de galaxies.
Avance rapide de 19 ans et avec l’aide d’images à très haute résolution du télescope Hubble de la NASA et des installations de supercalculateur DiRAC COSMA8 de l’Université de Durham, le Dr Nightingale et son équipe ont pu revoir cela et l’explorer plus avant.
L’équipe espère que c’est la première étape pour permettre une exploration plus approfondie des mystères des trous noirs, et que les futurs télescopes à grande échelle aideront les astronomes à étudier des trous noirs encore plus éloignés pour en savoir plus sur leur taille et leur échelle.
Plus d’information:
James Nightingale et al, Abell 1201 : Détection d’un trou noir ultramassif dans une lentille gravitationnelle forte, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2023). DOI : 10.1093/mnras/stad587