Une étude révèle des preuves de l’origine du trou noir supermassif au centre de la galaxie

Les origines des trous noirs supermassifs, qui peuvent peser plus d’un million de fois la masse du Soleil et se situer au centre de la plupart des galaxies, restent l’un des grands mystères du cosmos.

Aujourd’hui, des chercheurs du Centre d’astrophysique du Nevada à l’UNLV (NCfA) ont découvert des preuves convaincantes suggérant que le trou noir supermassif au centre de notre galaxie, la Voie lactée, connu sous le nom de Sagittaire A* (Sgr A*), est probablement le résultat d’une fusion cosmique passée.

L’étude, publié Le 6 septembre dans le journal Astronomie de la natures’appuie sur des observations récentes du télescope Event Horizon (EHT), qui a capturé la première image directe de Sgr A* en 2022. L’EHT, fruit d’une collaboration de recherche mondiale, synchronise les données de huit observatoires radio existants dans le monde pour créer un télescope virtuel massif de la taille de la Terre.

Les astrophysiciens de l’UNLV Yihan Wang et Bing Zhang ont utilisé les données de l’observation EHT de Sgr A* pour rechercher des preuves sur la manière dont il aurait pu se former. On pense que les trous noirs supermassifs se développent soit par accrétion de matière au fil du temps, soit par fusion de deux trous noirs existants.

L’équipe de l’UNLV a étudié divers modèles de croissance pour comprendre la rotation rapide et le désalignement particuliers de Sgr A* par rapport au moment angulaire de la Voie lactée. L’équipe a démontré que ces caractéristiques inhabituelles s’expliquent au mieux par une fusion majeure impliquant Sgr A* et un autre trou noir supermassif, probablement issu d’une galaxie satellite.

« Cette découverte ouvre la voie à une meilleure compréhension de la croissance et de l’évolution des trous noirs supermassifs », a déclaré Wang, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral NCfA à l’UNLV. « Le spin élevé mal aligné de Sgr A* indique qu’il a peut-être fusionné avec un autre trou noir, modifiant considérablement son amplitude et l’orientation de son spin. »

À l’aide de simulations sophistiquées, les chercheurs ont modélisé l’impact d’une fusion, en considérant divers scénarios qui correspondent aux propriétés de spin observées de Sgr A*. Leurs résultats indiquent qu’une fusion avec un rapport de masse de 4:1 et une configuration orbitale fortement inclinée pourrait reproduire les propriétés de spin observées par l’EHT.

« Cette fusion s’est probablement produite il y a environ 9 milliards d’années, après la fusion de la Voie lactée avec la galaxie Gaïa-Encelade », a déclaré Zhang, professeur distingué de physique et d’astronomie à l’UNLV et directeur fondateur du NCfA. « Cet événement fournit non seulement la preuve de la théorie de la fusion hiérarchique des trous noirs, mais donne également un aperçu de l’histoire dynamique de notre galaxie. »

Sgr A* se trouve au centre de la galaxie, à plus de 27 000 années-lumière de la Terre, et des outils sophistiqués comme l’EHT fournissent une imagerie directe qui aide les scientifiques à tester les théories prédictives.

Les chercheurs affirment que les résultats de l’étude auront des implications importantes pour les observations futures avec les prochains détecteurs d’ondes gravitationnelles embarqués dans l’espace, tels que l’antenne spatiale d’interféromètre laser (LISA), dont le lancement est prévu en 2035 et qui devrait détecter des fusions de trous noirs supermassifs similaires à travers l’univers.