La paire condamnée de trous noirs supermassifs est la plus proche de la collision jamais vue

Les astronomes ont repéré deux Goliaths fantomatiques en route vers une rencontre cataclysmique. La nouvelle paire de trous noirs supermassifs est la plus proche de la collision jamais vue, ont annoncé les astronomes le 9 janvier lors d’une réunion de l’American Astronomical Society à Seattle et dans un article publié dans Les lettres du journal astrophysique.

Bien que proches les uns des autres en termes cosmologiques à seulement 750 années-lumière les uns des autres, les trous noirs supermassifs ne fusionneront pas avant quelques centaines de millions d’années. En attendant, la découverte des astronomes fournit une meilleure estimation du nombre de trous noirs supermassifs qui approchent également de la collision dans l’univers.

Ce décompte amélioré aidera les scientifiques à écouter le chœur d’ondulations intenses dans l’espace-temps connues sous le nom d’ondes gravitationnelles, dont les plus importantes sont des produits de trous noirs supermassifs proches de la collision à la suite des fusions de galaxies. La détection de ce fond d’ondes gravitationnelles améliorera les estimations du nombre de galaxies qui sont entrées en collision et ont fusionné dans l’histoire de l’univers.

La courte distance entre les trous noirs nouvellement découverts « est assez proche de la limite de ce que nous pouvons détecter, c’est pourquoi c’est si excitant », a déclaré la co-auteure de l’étude Chiara Mingarelli, chercheuse associée au Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysique à New York.

En raison de la faible séparation entre les trous noirs, les astronomes n’ont pu différencier les deux objets qu’en combinant de nombreuses observations de sept télescopes, dont le télescope spatial Hubble de la NASA. (Bien que les trous noirs supermassifs ne soient pas directement visibles à travers un télescope optique, ils sont entourés de grappes brillantes d’étoiles lumineuses et de gaz chaud attirés par leur attraction gravitationnelle.)

Les astronomes ont trouvé la paire rapidement une fois qu’ils ont commencé à chercher, ce qui signifie que les trous noirs supermassifs rapprochés « sont probablement plus courants que nous ne le pensons, étant donné que nous avons trouvé ces deux-là et que nous n’avons pas eu à chercher très loin pour les trouver », dit Mingarelli.

Les trous noirs supermassifs nouvellement identifiés habitent un mélange de deux galaxies qui sont entrées en collision à environ 480 millions d’années-lumière de la Terre. Des trous noirs gargantuesques vivent au cœur de la plupart des galaxies, grossissant en engloutissant le gaz, la poussière, les étoiles et même d’autres trous noirs environnants. Les deux trous noirs supermassifs identifiés dans cette étude sont de véritables poids lourds : ils pointent à 200 millions et 125 millions de fois la masse de notre soleil.

Les trous noirs se sont rencontrés lorsque leurs galaxies hôtes se sont percutées. Finalement, ils commenceront à tourner l’un autour de l’autre, l’orbite se resserrant à mesure que le gaz et les étoiles passeront entre les deux trous noirs et voleront l’énergie orbitale. En fin de compte, les trous noirs commenceront à produire des ondes gravitationnelles bien plus fortes que celles qui ont été détectées auparavant, avant de s’écraser les uns contre les autres pour former un trou noir géant.

Les observations antérieures des galaxies fusionnantes n’ont vu qu’un seul trou noir supermassif : Parce que les deux objets sont si proches l’un de l’autre, les scientifiques ne pouvaient pas les distinguer définitivement à l’aide d’un seul télescope. La nouvelle enquête, dirigée par Michael J. Koss d’Eureka Scientific à Oakland, en Californie, a combiné 12 observations faites sur sept télescopes sur Terre et en orbite. Bien qu’aucune observation unique n’ait suffi à confirmer leur existence, les données combinées ont révélé de manière concluante deux trous noirs distincts.

« Il est important qu’avec toutes ces images différentes, vous obteniez la même histoire – qu’il y ait deux trous noirs », déclare Mingarelli, en comparant cette nouvelle recherche multi-observations avec les efforts précédents. « C’est là que d’autres études [of close-proximity supermassive black holes] sont tombés dans le passé. Lorsque les gens les ont suivis, il s’est avéré qu’il n’y avait qu’un seul trou noir. [This time we] ont beaucoup d’observations, toutes d’accord. »

Elle et le scientifique invité du Flatiron Institute, Andrew Casey-Clyde, ont utilisé les nouvelles observations pour estimer la population de trous noirs supermassifs fusionnés dans l’univers, constatant qu’elle « peut être étonnamment élevée », a déclaré Mingarelli. Ils prédisent qu’il existe une abondance de paires de trous noirs supermassifs, générant une quantité importante d’ondes gravitationnelles ultra-fortes. Toute cette clameur devrait se traduire par un fond sonore d’ondes gravitationnelles beaucoup plus facile à détecter que si la population était plus petite. La toute première détection du bruit de fond des ondes gravitationnelles pourrait donc arriver « très bientôt », dit Mingarelli.