Des trous noirs supermassifs sur le point de fusion, capables de secouer l’univers, découverts pour la première fois

Une collision cosmique imminente

La plupart des galaxies abritent des trous noirs supermassifs en leur cœur. Ces titans cosmiques sont connus pour croître en engloutissant leurs semblables, un processus qui peut être comparé aux villes prédatrices dans l’univers de Mortal Engines. Jusqu’à présent, les astronomes n’avaient pu observer plusieurs trous noirs supermassifs que dans des galaxies ayant fusionné relativement récemment.

Il est scientifiquement établi que des galaxies similaires à la nôtre ont nécessairement dû engloutir les trous noirs situés au centre de nombreuses galaxies plus petites au fil du temps. Néanmoins, savoir qu’un tel phénomène doit se produire et l’observer en action constituent deux choses bien distinctes pour la communauté scientifique.

Une équipe d’astronomes a finalement repéré deux énormes trous noirs situés au centre d’une galaxie, qui se trouvent sur le point de fusionner. Cette découverte inédite permet d’expliquer certaines caractéristiques mystérieuses qui intriguaient les chercheurs depuis longtemps concernant l’un des systèmes de trous noirs les plus brillants jamais étudiés.

Les secrets de la galaxie Markarian 501

La galaxie étudiée, nommée Markarian 501, a suscité un immense intérêt de la part des astronomes car elle abrite un blazar. Cette classification signifie que l’un des puissants jets produits par le trou noir supermassif en son centre pointe directement vers la Terre. Cette orientation rend l’objet exceptionnellement brillant, une caractéristique remarquable compte tenu des 500 millions d’années-lumière qui nous en séparent.

Ce système est considéré comme si fascinant qu’il a été sélectionné pour figurer parmi les toutes premières cibles du télescope spatial X-Ray Polarimetry Explorer. Cette initiative a récompensé les observateurs avec la toute première détection de rayonnement X polarisé en provenance de l’espace. De nouvelles preuves révèlent aujourd’hui que ce trou noir central n’est pas seul.

L’idée selon laquelle Markarian 501 pourrait abriter deux trous noirs supermassifs avait été avancée dès l’année 1995. Cependant, face à la complexité des données, personne n’avait été en mesure de confirmer leur présence conjointe de manière formelle jusqu’à cette nouvelle analyse.

Un deuxième jet trahi par les ondes radio

Une équipe scientifique dirigée par Silke Britzen au Max Planck Institute for Radio Astronomy en Allemagne a minutieusement étudié 23 années d’observations en radiofréquence de la galaxie Markarian 501. Au cours de cette analyse approfondie, les chercheurs ont détecté les traces d’un second jet de particules chargées, dont l’origine ne pouvait manifestement pas provenir du trou noir principal.

« Nous l’avons cherché pendant si longtemps, et puis ce fut une surprise totale que nous puissions non seulement voir un deuxième jet, mais même suivre son mouvement, » a déclaré Britzen dans un communiqué publié à l’occasion de cette découverte.

Ce deuxième jet possède la particularité de ne pas être orienté vers la Terre, ce qui le rend beaucoup plus faible aux yeux des instruments de mesure. Il est même impossible pour les scientifiques de déterminer à quel point ce jet secondaire est lumineux lorsqu’on tente de le comparer avec le faisceau principal qui est braqué directement sur notre planète.

Gravité, distorsion et anneau d’Einstein

Les observations de ce système binaire sont rendues encore plus difficiles par la gravité immense générée par les trous noirs. Cette force extrême déforme non seulement la structure du jet lui-même, mais infléchit également la lumière qui en émane. Parfois, le second jet disparaît totalement derrière le premier. Avec une orbite mesurée à seulement 121 jours, ce jet secondaire aurait dû réapparaître de nombreuses fois au cours des années de suivi du système, bien que les données d’observation n’aient été récoltées que de manière intermittente.

Par moments, le champ gravitationnel que traverse la lumière crée un effet de lentille, produisant l’image d’un anneau d’Einstein autour du jet. « Évaluer les données donnait l’impression d’être sur un navire. Le système de jet entier est en mouvement, » a expliqué Britzen. « Un système de deux trous noirs peut expliquer cela : Le plan orbital oscille. »

Cette configuration représente de loin la plus petite distance de séparation que les chercheurs aient jamais vue entre des trous noirs supermassifs, avec une période orbitale inférieure à celle de Vénus autour du Soleil. Comme Isaac Newton l’a formulé autrefois, la période orbitale est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse des objets en orbite l’un autour de l’autre. Chaque membre de cette paire représente entre 100 millions et un milliard de fois la masse du Soleil, ce qui équivaut à 23 à 230 fois la masse de Sagittarius A*, le trou noir central de notre Voie lactée.

Le grand final d’ici un siècle

Agissant comme des versions géantes des trous noirs de masse stellaire dont les fusions ont déjà été étudiées, cette paire cosmique va s’enrouler en spirale l’un vers l’autre, se délestant de son énergie orbitale sous la forme d’ondes gravitationnelles. Le temps nécessaire pour accomplir cet événement final dépend de leur distance actuelle. Si les trous noirs se situent à l’extrémité la plus proche de la fourchette d’incertitude estimée, la fusion pourrait se produire dans 100 ans à peine.

Si ce calendrier se vérifie, il s’agirait d’un exemple presque unique d’un événement à l’échelle galactique dont la venue est connue à l’avance. À défaut des astronomes en vie aujourd’hui, leurs petits-enfants pourraient avoir l’opportunité de l’observer. Lorsque la collision surviendra, l’onde gravitationnelle produite sera immense. Cependant, aucun télescope existant, ni aucun de ceux en cours de construction, ne possède la résolution nécessaire pour distinguer les disques d’accrétion de ces deux trous noirs depuis cette distance. Par conséquent, il sera impossible d’observer directement les astres supermassifs se rapprocher au dernier moment.

Leur progression vers la fusion devrait néanmoins se révéler grâce au raccourcissement régulier de la période de leur orbite. Si plus de 20 pulsars peuvent être suivis pendant une période d’environ 10 ans, les auteurs du rapport estiment que le chronométrage précis de ces étoiles à neutrons pourrait révéler les ondes gravitationnelles créées par leur spirale vers l’intérieur, et non pas seulement lors de la fusion finale.

« Si des ondes gravitationnelles sont détectées, nous pourrions même voir leur fréquence augmenter régulièrement à mesure que les deux géants spiralent vers la collision, offrant une chance rare de regarder se dérouler la fusion d’un trou noir supermassif, » a conclu Héctor Olivares de l’Université Radboud de Nimègue aux Pays-Bas. L’étude complète est disponible en libre accès dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Selon la source : iflscience.com