Les astronomes ont découvert que les trous noirs supermassifs obscurcis par la poussière sont plus susceptibles de se développer et de libérer d’énormes quantités d’énergie lorsqu’ils se trouvent à l’intérieur de galaxies susceptibles d’entrer en collision avec une galaxie voisine. Le nouveau travail, dirigé par des chercheurs de l’Université de Newcastle, est publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Les galaxies, y compris notre propre Voie lactée, contiennent des trous noirs supermassifs en leur centre. Ils ont des masses équivalentes à des millions, voire des milliards, de fois celle de notre Soleil. Ces trous noirs se développent en « mangeant » le gaz qui leur tombe dessus. Cependant, ce qui pousse le gaz suffisamment près des trous noirs pour que cela se produise est un mystère permanent.
Une possibilité est que lorsque les galaxies sont suffisamment proches les unes des autres, elles sont susceptibles d’être gravitationnellement attirées l’une vers l’autre et de « fusionner » en une galaxie plus grande.
Dans les dernières étapes de son voyage dans un trou noir, le gaz s’allume et produit une énorme quantité d’énergie. Cette énergie est généralement détectée à l’aide de lumière visible ou de rayons X. Cependant, les astronomes qui ont mené cette étude n’ont pu détecter les trous noirs en croissance qu’en utilisant la lumière infrarouge. L’équipe a utilisé les données de nombreux télescopes différents, dont le télescope spatial Hubble et le télescope spatial infrarouge Spitzer.
Les chercheurs ont développé une nouvelle technique pour déterminer la probabilité que deux galaxies soient très proches l’une de l’autre et devraient entrer en collision à l’avenir. Ils ont appliqué cette nouvelle méthode à des centaines de milliers de galaxies dans l’univers lointain (regardant les galaxies formées 2 à 6 milliards d’années après le Big Bang) dans le but de mieux comprendre le soi-disant « midi cosmique », un moment où la plupart des on s’attend à ce que la croissance des galaxies et des trous noirs de l’Univers ait eu lieu.
Comprendre comment les trous noirs se sont développés pendant cette période est fondamental dans la recherche galactique moderne, d’autant plus que cela peut nous donner un aperçu du trou noir supermassif situé à l’intérieur de la Voie lactée et de l’évolution de notre galaxie au fil du temps.
Comme elles sont si éloignées, seul un petit nombre de galaxies cosmiques de midi répondent aux critères requis pour obtenir des mesures précises de leurs distances. Il est donc très difficile de savoir avec une grande précision si deux galaxies sont très proches l’une de l’autre.
Cette étude présente une nouvelle méthode statistique pour surmonter les limitations précédentes de la mesure précise des distances des galaxies et des trous noirs supermassifs à midi cosmique. Il applique une approche statistique pour déterminer les distances des galaxies à l’aide d’images à différentes longueurs d’onde et supprime le besoin de mesures de distance spectroscopiques pour les galaxies individuelles.
Les données arrivant du télescope spatial James Webb au cours des prochaines années devraient révolutionner les études dans l’infrarouge et révéler encore plus de secrets sur la croissance de ces trous noirs poussiéreux.
Sean Dougherty, étudiant de troisième cycle à l’Université de Newcastle et auteur principal de l’article, déclare : « Notre nouvelle approche examine des centaines de milliers de galaxies distantes avec une approche statistique et demande quelle est la probabilité que deux galaxies soient proches l’une de l’autre et si susceptibles d’être sur une trajectoire de collision. »
Le Dr Chris Harrison, co-auteur de l’étude, « Ces trous noirs supermassifs sont très difficiles à trouver car la lumière des rayons X, que les astronomes ont généralement utilisée pour trouver ces trous noirs en croissance, est bloquée et non détectée par nos télescopes. Mais ces mêmes trous noirs peuvent être trouvés en utilisant la lumière infrarouge, qui est produite par la poussière chaude qui les entoure. »
Il ajoute : « La difficulté à trouver ces trous noirs et à établir des mesures de distance précises explique pourquoi ce résultat a déjà été difficile pour cerner ces galaxies lointaines du ‘midi cosmique’. Avec JWST, nous nous attendons à trouver beaucoup plus de ces galaxies noires en croissance JWST sera bien meilleur pour les trouver, donc nous aurons beaucoup plus à étudier, y compris ceux qui sont les plus difficiles à trouver. À partir de là, nous pouvons faire plus pour comprendre la poussière qui les entoure et savoir combien sont cachés dans des galaxies lointaines. »
Plus d’information:
Sean L Dougherty et al, Amélioration de l’AGN obscurci dans les paires de galaxies à midi cosmique: preuves d’un traitement probabiliste des décalages photométriques vers le rouge, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2023). DOI : 10.1093/mnras/stad1300