Alors qu’ils étudiaient une paire de galaxies en fusion à proximité à l’aide de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – un observatoire international coopéré par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) de la National Science Foundation des États-Unis – les scientifiques ont découvert deux trous noirs supermassifs se développant simultanément près du centre de la galaxie nouvellement fusionnée.
Ces géants super affamés sont les plus proches les uns des autres que les scientifiques aient jamais observés dans plusieurs longueurs d’onde. De plus, la nouvelle recherche révèle que les trous noirs binaires et les fusions de galaxies qui les créent peuvent être étonnamment courants dans l’univers.
Les résultats de la nouvelle recherche ont été publiés aujourd’hui dans Les lettres du journal astrophysiqueet présenté lors d’une conférence de presse lors de la 241e réunion de l’American Astronomical Society (AAS) à Seattle, Washington.
À seulement 500 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation du Cancer, UGC4211 est un candidat idéal pour étudier les étapes finales des fusions de galaxies, qui se produisent plus fréquemment dans l’univers lointain et, par conséquent, peuvent être difficiles à observer. Lorsque les scientifiques ont utilisé les récepteurs très sensibles de 1,3 mm d’ALMA pour examiner en profondeur les noyaux galactiques actifs de la fusion – des zones compactes et très lumineuses dans les galaxies causées par l’accrétion de matière autour des trous noirs centraux – ils ont trouvé non pas un, mais deux trous noirs dévorant avec gourmandise les sous-produits de la fusion. Étonnamment, ils dînaient côte à côte avec seulement 750 années-lumière entre eux.
Cette vidéo montre une illustration et des images ALMA de deux trous noirs dînant ensemble et dévorant avidement la poussière, le gaz et les autres matériaux déplacés par la collision. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al (Eureka Scientific), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
« Les simulations ont suggéré que la plupart de la population de binaires de trous noirs dans les galaxies proches serait inactive parce qu’elles sont plus courantes, et non deux trous noirs en croissance comme nous l’avons trouvé », a déclaré Michael Koss, chercheur principal chez Eureka Scientific et auteur principal de la nouvelle recherche.
Koss a ajouté que l’utilisation d’ALMA changeait la donne et que la découverte de deux trous noirs si proches l’un de l’autre dans l’univers voisin pourrait ouvrir la voie à des études supplémentaires sur ce phénomène passionnant. « ALMA est unique en ce sens qu’il peut voir à travers de grandes colonnes de gaz et de poussière et atteindre une résolution spatiale très élevée pour voir des choses très proches les unes des autres. Notre étude a identifié l’une des paires de trous noirs les plus proches dans une fusion de galaxies, et parce que nous savons que les fusions de galaxies sont beaucoup plus courantes dans l’univers lointain, ces binaires de trous noirs peuvent également être beaucoup plus courants qu’on ne le pensait auparavant. »
Si les paires de trous noirs binaires proches sont en effet monnaie courante, comme le postulent Koss et l’équipe, il pourrait y avoir des implications importantes pour les futures détections d’ondes gravitationnelles.
Ezequiel Treister, astronome à l’Universidad Católica de Chile et co-auteur de la recherche, a déclaré: « Il pourrait y avoir de nombreuses paires de trous noirs supermassifs en croissance au centre des galaxies que nous n’avons pas été en mesure d’identifier jusqu’à présent. Si cela est Dans ce cas, dans un avenir proche, nous observerons de fréquents événements d’ondes gravitationnelles causés par la fusion de ces objets à travers l’univers. »
La paire de galaxies fusionnées connue sous le nom d’UGC 4211 abrite un grand secret : une paire de trous noirs qui mangent ensemble, engloutissant le gaz et la poussière qui les entourent. Les scientifiques ont découvert et confirmé l’existence de la paire – qui ne sont distantes que de 750 années-lumière – avec des observations de plusieurs projets de recherche et télescopes : le Dark Energy Camera Legacy Survey (DECalS) sur le télescope Blanco de 4 mètres à l’observatoire interaméricain de Cerro Tololo (CTIO), le Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, l’Observatoire Keck et le Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). L’observation des galaxies dans plusieurs longueurs d’onde a aidé les scientifiques à voir qu’il y avait plus qu’une fusion entre la paire. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss/Eureka Scientific et al
L’association des données ALMA avec des observations multi-longueurs d’onde d’autres télescopes puissants comme Chandra, Hubble, le Very Large Telescope de l’ESO et Keck a ajouté des détails fins à un récit déjà convaincant. « Chaque longueur d’onde raconte une partie différente de l’histoire. Alors que l’imagerie optique au sol nous montrait toute la galaxie fusionnante, Hubble nous montrait les régions nucléaires à haute résolution. Les observations aux rayons X ont révélé qu’il y avait au moins un noyau galactique actif dans le système », a déclaré Treister. « Et ALMA nous a montré l’emplacement exact de ces deux trous noirs supermassifs en croissance et affamés. Toutes ces données ensemble nous ont donné une image plus claire de la façon dont des galaxies comme la nôtre se sont révélées être ce qu’elles sont et ce qu’elles deviendront. à l’avenir. »
Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pour la plupart étudié que les premières étapes des fusions de galaxies. La nouvelle recherche pourrait avoir un impact profond sur notre compréhension de la fusion imminente de la galaxie de la Voie lactée avec la galaxie d’Andromède à proximité. Koss a déclaré: « La collision Voie lactée-Andromède en est à ses tout premiers stades et devrait se produire dans environ 4,5 milliards d’années. Ce que nous venons d’étudier est une source au tout dernier stade de la collision, donc ce que nous voyons présage cette fusion et nous donne également un aperçu du lien entre la fusion et la croissance des trous noirs et finalement la production d’ondes gravitationnelles. »
« Cette découverte fascinante montre la puissance d’ALMA et comment l’astronomie à plusieurs longueurs d’onde peut générer des résultats importants qui élargissent notre compréhension de l’univers, y compris les trous noirs, les noyaux galactiques actifs, l’évolution des galaxies et plus encore », a déclaré Joe Pesce, directeur du programme NSF pour le Observatoire national de radioastronomie. « Avec l’avènement des détecteurs d’ondes gravitationnelles, nous avons l’opportunité d’étendre encore plus nos pouvoirs d’observation en combinant toutes ces capacités. Je ne pense pas qu’il y ait vraiment de limite à ce que nous pouvons apprendre. »
Plus d’information:
Ces résultats seront présentés lors d’une conférence de presse lors des 241e actes de l’American Astronomical Society le lundi 9 janvier à 14h15, heure normale du Pacifique (PST).