Des centaines de trous noirs précédemment cachés ou enterrés ont été découverts à l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Ce résultat aide à donner aux astronomes un recensement plus précis des trous noirs dans l’univers.
Les trous noirs de cette nouvelle étude sont la variété supermassive qui contient des millions voire des milliards de fois la masse du soleil. Alors que les astronomes pensent que presque toutes les grandes galaxies abritent des trous noirs géants en leur centre, seuls certains des trous noirs attireront activement des matériaux qui produisent des radiations, et certains seront enfouis sous la poussière et le gaz.
En combinant les données du Chandra Source Catalog – un référentiel public comprenant des centaines de milliers de sources de rayons X détectées par l’observatoire au cours de ses 15 premières années – et les données optiques du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), une équipe d’astronomes a pu pour identifier des centaines de trous noirs qui étaient auparavant cachés. Ils se trouvent dans des galaxies non identifiées auparavant pour contenir des quasars, des objets extrêmement brillants avec des trous noirs supermassifs à croissance rapide.
« Les astronomes ont déjà identifié un grand nombre de trous noirs, mais beaucoup restent insaisissables », a déclaré Dong-Woo Kim du Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), qui a dirigé l’étude. « Notre recherche a découvert une population manquante et nous a aidés à comprendre comment ils se comportent. »
Depuis environ 40 ans, les scientifiques connaissent les galaxies qui semblent normales en lumière optique – avec la lumière des étoiles et du gaz mais pas les signatures optiques distinctives d’un quasar – mais brillent brillamment dans les rayons X. Ils appellent ces objets des « galaxies lumineuses aux rayons X et optiquement normales » ou « XBONG ».
En parcourant systématiquement le catalogue des sources de Chandra et en le comparant aux données optiques SDSS, les chercheurs ont identifié 817 candidats XBONG, soit plus de dix fois le nombre connu avant que Chandra ne soit opérationnel. Les images nettes de Chandra, correspondant à la qualité de celles de SDSS, et la grande quantité de données dans le catalogue source de Chandra ont permis de détecter autant de candidats XBONG. Une étude plus approfondie a révélé qu’environ la moitié de ces XBONG représentent une population de trous noirs précédemment cachés.
Crédit : Chandra X-ray Center
« Ces résultats montrent à quel point il est puissant de comparer les mines de données à rayons X et optiques », a déclaré la co-auteur Amanda Malnati, étudiante de premier cycle au Smith College de Northampton, Massachusetts. « Le Chandra Source Catalog est un trésor grandissant qui aidera les astronomes à faire des découvertes pour les années à venir. »
Les rayons X sont particulièrement utiles pour rechercher des trous noirs à croissance rapide car la matière qui tourbillonne autour d’eux est surchauffée à des millions de degrés et brille fortement dans les longueurs d’onde des rayons X. Un épais cocon de gaz et de poussière entourant un trou noir bloquera la plupart ou la totalité de la lumière aux longueurs d’onde optiques. Les rayons X, cependant, traversent le cocon beaucoup plus facilement pour être détectés par Chandra.
Après avoir étudié la quantité de rayons X détectés à différentes énergies pour chaque source, l’équipe a conclu qu’environ la moitié des candidats XBONG impliquent des sources de rayons X enfouies sous un gaz épais car des quantités relativement faibles de rayons X à faible énergie ont été détectées. Ces rayons X sont bloqués plus facilement par les couches de gaz environnant que ceux à haute énergie.
Ces sources de rayons X sont si brillantes que presque toutes doivent provenir de matériaux entourant des trous noirs supermassifs à croissance rapide. Les données de Wide-Field Infrared Survey Explorer de la NASA ont fourni des preuves supplémentaires qu’environ la moitié des XBONG sont enterrés, créant des trous noirs supermassifs. Ces trous noirs se situent à des distances comprises entre 550 millions et 7,8 milliards d’années-lumière de la Terre.
« Ce n’est pas tous les jours que vous pouvez dire que vous avez découvert un trou noir », a déclaré la co-auteure Alyssa Cassity, étudiante diplômée à l’Université de la Colombie-Britannique. « Donc, c’est très excitant de réaliser que nous en avons découvert des centaines. »
L’explication des XBONG qui ne sont pas enterrés sous un gaz épais est moins claire. Environ 100 des sources de rayons X peuvent ne pas être des points uniques de rayons X, mais semblent plutôt étalées. Certaines d’entre elles peuvent être des galaxies appartenant à des groupes ou des amas de galaxies jusque-là non identifiés, connus pour contenir de grandes quantités de gaz chaud émettant des rayons X. Pas plus d’environ 20% des XBONG peuvent être classés de cette façon. Les 30% restants peuvent contenir des trous noirs supermassifs situés dans des galaxies où les signaux optiques des trous noirs supermassifs sont dilués par la lumière relativement brillante des étoiles. Les scientifiques auront besoin de recherches supplémentaires pour déterminer la véritable nature de ces XBONG.
Dong-Woo Kim a présenté ces résultats au 241e réunion de l’American Astronomical Society à Seattle.