Ces trous noirs supermassifs sont-ils sur une trajectoire de collision?
Une découverte du télescope spatial Hubble pourrait aider les astronomes à savoir si des trous noirs supermassifs peuvent entrer en collision.
Par Alison Klesman | Publication: vendredi 12 juillet 2019
SUJETS CONNEXES: TROUS NOIRS | GALAXIES | ASTROPHYSIQUE
Cette galaxie, qui se trouve à environ 2,5 milliards d'années-lumière, abrite deux trous noirs supermassifs (encart), visibles à cause du gaz chauffé, de la poussière et des étoiles qui les entourent. Les deux trous noirs sont sur une trajectoire de collision, mais les astronomes ne savent toujours pas s'ils fusionneront - ou pourront - fusionner.
AD Goulding et al./ Astrophysical Journal Letters 2019
À l'heure actuelle, la fusion des trous noirs et des ondes gravitationnelles qu'ils produisent est une garantie scientifique. Les astronomes ont observé plusieurs fusions de trous noirs, toutes entre des trous noirs de masse stellaire inférieurs à 100 fois la masse de notre Soleil. Mais aucune fusion entre des trous noirs supermassifs, ceux ayant des masses des millions ou des milliards de fois celle de notre étoile, n'a jamais été vue; et en fait, les astronomes se demandent quelle serait la probabilité d'un tel éclatement. Maintenant, la découverte de deux trous noirs supermassifs dirigés l'un vers l'autre pourrait aider les scientifiques à répondre à la question de savoir ce qui se passerait s'ils se rencontraient.
Cette paire particulière, chacune plus massive que 800 millions de soleils, se trouve dans une galaxie à 2,5 milliards d'années-lumière. La galaxie elle-même est un vestige de fusion - tout ce qui reste après deux galaxies, chacune hébergeant un trou noir supermassif, combinées. Une équipe dirigée par Andy Goulding à l'Université de Princeton a fait la découverte en utilisant le télescope spatial Hubble et a publié sa découverte le 10 juillet dans The Astrophysical Journal Letters.
Bien que les astronomes repèrent souvent des galaxies en fusion, ils n'ont jamais attrapé une paire de trous noirs supermassifs qui s'affrontent réellement. Et pourtant, «[la fusion] de binaires de trous noirs supermassifs produisent les ondes gravitationnelles les plus fortes de l'univers», a déclaré la co-auteur de l'étude Chiara Mingarelli, au Center for Computational Astrophysics du Flatiron Institute, dans un communiqué de presse . Les paires de trous noirs supermassifs, a déclaré Mingarelli, devraient envoyer des ondes gravitationnelles "un million de fois plus fortes" que celles que LIGO et VIRGO ont déjà entendues.
Le dernier problème de parsec
Les trous noirs supermassifs fusionnent un peu différemment de leurs homologues de masse inférieure. Parce qu'ils commencent très loin l'un de l'autre - dans deux galaxies distinctes - il faut beaucoup de temps pour que les trous noirs se rencontrent au milieu d'une fusion de galaxies. Les astronomes croient que les trous noirs supermassifs tombent lentement au centre de la dernière galaxie restante et commencent à orbiter les uns avec les autres.
Mais il y a un hic. Certaines théories affirment qu'une fois que les trous noirs supermassifs atteignent une certaine distance - 1 parsec, soit environ 3,2 années-lumière -, ils se bloquent et s'arrêtent. En effet, pour se rapprocher, les trous noirs donnent leur énergie à d'autres objets, comme le gaz, la poussière et les étoiles qui se rapprochent trop. Mais à mesure que la distance entre les trous noirs diminue, l'espace disponible pour que les objets puissent pénétrer et voler de l'énergie diminue également. En environ 1 parsec, les astronomes calculent qu'il n'y a tout simplement pas de place pour ajuster la quantité de "trucs" requis pour que les trous noirs donnent suffisamment d'énergie pour se rapprocher et entrer en collision.
Donc à partir de là, les trous noirs tournent sans cesse en orbite, sans se rapprocher et se confondre. Les astronomes appellent cela le dernier problème de parsec, car il est difficile de séparer deux trous noirs supermassifs à moins d'un parsec. Certaines théories affirment que ce n'est que dans les cas où un troisième trou noir supermassif est présent, comme lorsque trois galaxies fusionnent, qu'il est possible de réaliser une fusion de trous noirs supermassifs.
Alors, pourquoi ne pas chercher des trous noirs supermassifs à moins de 1 parsec d'intervalle pour voir si cela peut se produire? Les astronomes le feraient certainement s'ils le pouvaient, mais à de grandes distances d'autres galaxies, les télescopes actuels ne peuvent tout simplement pas séparer deux objets si proches l'un de l'autre. Ils ressemblent à un objet. Pour ajouter l'insulte à la blessure, la fusion des trous noirs supermassifs ne produit pas leurs ondes gravitationnelles assourdissantes jusqu'à ce qu'elles soient plus proches que 1 parsec, lors de cette approche finale. Même si cela se produit, c'est rare, il n'est donc pas inhabituel que les ondes gravitationnelles d'une fusion de trous noirs supermassifs n'aient pas encore été entendues.
"C'est un embarras majeur pour l'astronomie que nous ne savons pas si les trous noirs supermassifs fusionnent", a déclaré la co-auteur Jenny Greene à Princeton. "Pour tout le monde dans la physique des trous noirs, il s'agit d'un puzzle de longue date que nous devons résoudre."
Que peuvent donc faire les astronomes pour déterminer si le problème final de parsec est vraiment un problème? Si les théories sont erronées et qu'il n'y a pas de problème, les paires de trous noirs supermassifs devraient s'approcher les unes des autres et fusionner assez fréquemment pour créer un «bourdonnement» d'arrière-plan des ondes gravitationnelles. "Ce bruit est appelé le fond des ondes gravitationnelles, et c'est un peu comme un chœur chaotique de grillons chantant dans la nuit", a déclaré Goulding. "Vous ne pouvez pas discerner un grillon d'un autre, mais le volume du bruit vous aide à estimer le nombre de grillons qui existent." Mais ce bourdonnement est en dehors de la portée auditive de LIGO et VIRGO, bien que les astronomes attendent avec impatience des projets comme LISA , un détecteur d'ondes gravitationnelles spatial qui «entendra» à des fréquences que les instruments actuels ne peuvent pas entendre.
Alternativement, les astronomes peuvent utiliser des pulsars - les restes rapidement répandus d'étoiles massives qui se sont effondrées en étoiles à neutrons au lieu de trous noirs - pour capter le passage des ondes gravitationnelles . Les ondes gravitationnelles passantes s'étirent et rétrécissent l'espace-temps au fur et à mesure, ce qui perturberait très légèrement les taches régulières que nous recevons des pulsars. Cette perturbation équivaudrait à un changement du signal reçu de seulement quelques centaines de nanosecondes au cours d'une dizaine d'années, mais si les astronomes peuvent détecter un tel changement, cela pourrait également les aider à déterminer si des trous noirs supermassifs peuvent se rapprocher et fusionner.
S'il n'y a pas de problème final de parsec, les astronomes envisagent que deux trous noirs supermassifs puissent se rapprocher jusqu'à ce qu'ils fusionnent, créant les ondes gravitationnelles les plus fortes de l'univers.
NASA
Limite de temps
Cette paire particulière de trous noirs supermassifs a été repérée à environ 430 parsecs (1400 années-lumière) et ne fera pas son approche finale avant 2,5 milliards d'années. Ce nombre devrait vous sembler familier - ils se trouvent dans une galaxie à 2,5 milliards d'années-lumière, ce qui signifie que s'ils vont entrer en collision, cela se produit probablement maintenant. Mais comme les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière, les astronomes ne verront pas l'événement avant 2,5 milliards d'années, si cela arrivait.
Néanmoins, cette paire offre une fenêtre sur la fusion des trous noirs supermassifs que les astronomes peuvent utiliser aujourd'hui pour en savoir plus sur le processus, comment il se déroule et, surtout, à quelle fréquence il se produit. En supposant qu'il n'y a pas de problème final de parsec, l'équipe a utilisé les informations fournies par cette découverte pour calculer combien de paires de trous noirs supermassifs pourraient fusionner suffisamment près pour que LIGO et VIRGO entendent leur coup de tonnerre final dans quelques années. Ils estiment qu'il existe un peu plus de 100 paires de trous noirs supermassifs en spirale suffisamment proches pour fusionner que les observatoires actuels des ondes gravitationnelles pourraient détecter. Sur la base de cette estimation, si les astronomes ne détectent pas de fusion de trous noirs supermassifs dans environ cinq ans, l'équipe dit que cela pourrait signifier que le dernier problème de parsec est un obstacle que même les trous noirs supermassifs ne peuvent pas éliminer.
Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/news/2019/07/colliding-supermassive-black-holes?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR27Ah-IfkiFggtVf5wGH4552zDLtvZXhRgHHpybFrP1CEpMDr8dUAV7KuY
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