Les trous noirs sont des objets astronomiques remarquables dont la gravité est si forte que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Les plus gigantesques d’entre eux, appelés trous noirs « supermassifs », peuvent peser des millions, voire des milliards de fois la masse du Soleil.
Ces géants vivent généralement au centre des galaxies. Notre propre galaxie, la Voie Lactée, contient un trou noir supermassif dans son cœur aussi.
Alors, comment ces trous noirs supermassifs deviennent-ils supermassifs ? Pour répondre à cette question, notre équipedes astrophysiciens Ils ont remonté le temps à travers les 13,8 milliards d’années d’histoire de l’univers pour suivre la façon dont les trous noirs supermassifs se sont développés depuis les premiers jours jusqu’à aujourd’hui.
Nous avons construit un modèle de la historique de croissance globale des trous noirs supermassifs couvrant les 12 derniers milliards d’années.
Comment se développent les trous noirs supermassifs ?
Les trous noirs supermassifs se développent principalement de deux manières. Ils peuvent consommer le gaz de leurs galaxies hôtes un processus appelé accrétionet ils peuvent également fusionner entre eux lorsque deux galaxies entrent en collision.
Lorsque les trous noirs supermassifs consomment du gaz, ils émettent presque toujours des rayons X intenses, un type de lumière à haute énergie invisible à l’œil nu. Vous avez probablement entendu parler des rayons X chez le dentiste, où ils sont parfois utilisés pour examiner vos dents. Les rayons X utilisés par les astronomes ont généralement des énergies plus faibles que les rayons X médicaux.
Comment la lumière, même les rayons X invisibles, peut-elle s’échapper des trous noirs ? À proprement parler, la lumière ne vient pas des trous noirs eux-mêmes, mais du gaz situé juste à l’extérieur d’eux. Lorsque le gaz est attiré vers un trou noir, il se réchauffe et brille pour produire de la lumière, comme des rayons X. Plus un trou noir supermassif consomme de gaz, plus il produit de rayons X.
Grâce aux données accumulées depuis plus de 20 ans à partir de trois des installations à rayons X les plus puissantes jamais lancées dans l’espace,Chandra, XMM-Newton et eROSITA—les astronomes peuvent capturer les rayons X provenant d’un grand nombre de trous noirs supermassifs en accrétion dans l’univers.
Ces données permettent à notre équipe de recherche d’estimer la vitesse à laquelle les trous noirs supermassifs se développent en consommant du gaz. En moyenne, un trou noir supermassif peut consommer suffisamment de gaz pour représenter environ la masse du soleil chaque année, la valeur exacte dépendant de divers facteurs.
Par exemple, les données montrent que le taux de croissance d’un trou noir, moyenné sur des millions d’années, est fortement lié à la masse de toutes les étoiles de sa galaxie hôte.
À quelle fréquence les trous noirs supermassifs fusionnent-ils ?
En plus de se nourrir de gaz, les trous noirs supermassifs peuvent également croître en fusionnant les uns avec les autres pour former un seul trou noir plus massif lorsque des galaxies entrent en collision.
Simulations cosmologiques par superordinateur Les scientifiques peuvent prédire la fréquence à laquelle ces événements se produisent. Ces simulations visent à modéliser la croissance et l’évolution de l’univers au fil du temps. Les innombrables galaxies qui volent dans l’espace sont comme des briques qui construisent l’univers.
Ces les simulations montrent que Les galaxies et les trous noirs supermassifs qu’elles abritent peuvent subir de multiples fusions au cours de l’histoire cosmique.
Notre équipe a suivi ces deux canaux de croissance (consommation de gaz et fusions) à l’aide de rayons X et de simulations sur superordinateur, puis les a combinés pour construire cet historique de croissance global, qui cartographie la croissance des trous noirs à travers l’univers sur des milliards d’années.
Notre histoire de croissance révélée que les trous noirs supermassifs se sont développés beaucoup plus rapidement il y a des milliards d’années, lorsque l’univers était plus jeune.
À l’origine, l’univers contenait davantage de gaz que les trous noirs supermassifs pouvaient consommer, et de nouveaux trous noirs supermassifs continuaient à émerger. À mesure que l’univers vieillissait, le gaz s’est progressivement épuisé et la croissance des trous noirs supermassifs a ralenti. Il y a environ 8 milliards d’années, le nombre de trous noirs supermassifs s’est stabilisé. Il n’a pas augmenté de manière substantielle depuis.
Lorsqu’il n’y a pas assez de gaz disponible pour que les trous noirs supermassifs puissent croître par accrétion, la seule façon pour eux de grossir est de fusionner. Nous n’avons pas vu beaucoup de cas de ce genre dans notre histoire de croissance. En moyenne, les trous noirs les plus massifs peuvent accumuler de la masse à partir de fusions à un rythme pouvant atteindre la masse du soleil toutes les quelques décennies.
Avoir hâte de
Cette recherche nous a aidé à comprendre comment plus de 90 % de la masse des trous noirs s’est accumulée au cours des 12 derniers milliards d’années.
Il reste cependant à étudier comment ils se sont développés dans l’univers primitif pour expliquer les quelques pourcentages de masse restants dans les trous noirs. La communauté astronomique commence à progresser dans l’exploration de ces premiers trous noirs supermassifs, et nous espérons trouver bientôt plus de réponses.
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lire la suite article original.