Un petit trou noir monstrueux peut contenir des preuves d’une croissance géante

La découverte d’un trou noir supermassif dans une galaxie relativement petite pourrait aider les astronomes à percer le mystère entourant la croissance des plus grands trous noirs.

Les chercheurs ont utilisé l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA pour identifier un trou noir qui a environ 200 000 fois la masse du Soleil enfoui dans le gaz et la poussière dans la galaxie Mrk 462.

L’amas de Mrk 462 ne contient que des centaines de millions d’étoiles, ce qui en fait une galaxie naine. En revanche, notre galaxie de la Voie lactée abrite quelques centaines de milliards d’étoiles. C’est l’une des premières fois qu’un trou noir supermassif est découvert si profondément enfoui ou « obscurci » dans galaxie naine.

« Ce trou noir dans Mrk 462 est parmi les plus petits trous supermassifs, ou monstres, trous noirs« Il est notoirement difficile de trouver des trous noirs comme celui-ci », a déclaré Jack Parker du Dartmouth College dans le New Hampshire, qui a dirigé l’étude avec son collègue Ryan Hickox, également de Dartmouth.

Dans les galaxies plus grandes, les astronomes trouvent souvent des trous noirs en recherchant les mouvements rapides des étoiles au centre des galaxies. Cependant, les galaxies naines sont trop petites et faibles pour être détectées par la plupart des instruments actuels. Une autre approche consiste à rechercher des signes de croissance du trou noir, tels que le gaz s’échauffant jusqu’à des millions de degrés et brillant dans les rayons X lorsqu’il tombe vers le trou noir.

Les chercheurs de cette étude ont utilisé Chandra pour examiner huit galaxies naines qui avaient précédemment montré des indices de croissance de trous noirs à partir de données optiques collectées par le Sloan Digital Sky Survey. Sur ces huit, seul Mrk 462 a montré une signature aux rayons X d’un trou noir en pleine croissance.

L’intensité inhabituellement élevée des rayons X à haute énergie par rapport aux rayons X à basse énergie, ainsi que des comparaisons avec des données à d’autres longueurs d’onde, suggèrent que le trou noir de Mrk 462 est fortement obscurci par le gaz.

« Parce que les trous noirs enfouis sont plus difficiles à détecter que les trous exposés, trouver cet exemple pourrait signifier qu’il y a beaucoup de galaxies naines avec des trous noirs similaires », a déclaré Hickox. « Ceci est important car cela peut aider à répondre à une question clé en astrophysique : comment les trous noirs sont-ils devenus si gros au début du monde ? être? « 

Des recherches antérieures ont montré que les trous noirs peuvent atteindre un milliard masses solaires Au moment où l’univers a moins d’un milliard d’années, une fraction de son âge actuel. Une idée est que ces objets massifs sont apparus lorsque des étoiles massives se sont effondrées pour former des trous noirs environ 100 fois la masse du Soleil. Cependant, les travaux théoriques ont eu du mal à expliquer comment il pouvait emballer son poids assez rapidement pour atteindre les tailles observées dans l’univers primitif.

Une autre explication est que l’univers primitif était rempli de trous noirs contenant des dizaines de milliers de masses solaires lorsqu’ils se sont formés – probablement en raison de l’effondrement de nuages ​​​​géants de gaz et de poussière.

Une grande partie des galaxies naines avec des trous noirs supermassifs soutiennent l’idée que les graines de petits trous noirs de la première génération d’étoiles se sont développées à une vitesse étonnante pour former un milliard de masses solaires dans l’univers primitif. Une petite partie ferait pencher la balance en faveur de l’idée que les trous noirs ont commencé à vivre en pesant des dizaines de milliers de soleils.

Ces prédictions s’appliquent car les conditions d’un effondrement direct d’un nuage géant dans un trou noir de taille intermédiaire devraient être rares, il n’est donc pas prévu qu’une partie importante des galaxies naines contiennent des trous noirs supermassifs. D’autre part, des trous noirs de masse stellaire sont attendus dans chaque galaxie.

« Nous ne pouvons pas tirer de conclusions solides à partir d’un seul exemple, mais cette découverte devrait encourager des recherches plus complètes sur les trous noirs enfouis dans les galaxies naines », a déclaré Parker. « Nous sommes enthousiasmés par ce que nous pouvons apprendre. »

Ces résultats devaient être présentés lors de la 239e réunion de l’American Astronomical Society à Salt Lake City et faisaient partie d’une conférence de presse virtuelle le lundi 10 janvier.