Comment les galaxies et leurs trous noirs supermassifs grandissent ensemble

De nouvelles recherches montrent que le lien entre les étoiles que forme une galaxie et le trou noir du monstre grignotant en son centre est étonnamment stable.

Par Alison Klesman  | Publié: Lundi, 07 octobre 2019

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La galaxie UGC 6093 abrite en son centre un trou noir supermassif qui se nourrit activement. De nouvelles recherches montrent que le lien entre les trous noirs supermassifs et la galaxie qui les entoure est cohérent dans diverses conditions.

ESA / Hubble & NASA

Chaque galaxie massive abrite probablement un trou noir supermassif en son centre, pesant des millions voire des milliards de fois la masse de notre Soleil. Plus tôt cette année, pour la première fois de son histoire, une équipe a même réussi à imager l'ombre de l'un de ces objets sur le gaz chaud et la poussière qui l'entoure. Mais si les trous noirs supermassifs sont omniprésents et bien étudiés, le lien entre ces objets et leurs galaxies d'origine reste mystérieux.

Nouvelle recherche publiée le 23 août dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyrenforce une idée simple sur la façon dont ces paires évoluent. Les auteurs ont découvert que les galaxies et leurs trous noirs grandissent ensemble, quel que soit leur emplacement dans l'univers.

« La relation observée entre la masse du trou noir central supermassif la masse stellaire d'une galaxie a longtemps été un casse - tête, » Thomas Quinn de l'Université de Washington, co-auteur de la nouvelle étude publiée, a déclaré à l' astronomie dans un courriel. Et la solution du puzzle a des implications importantes sur la façon dont les galaxies se forment et évoluent dans notre univers.

Un lien cosmique

Les astronomes savent déjà qu'il existe une relation étroite entre la taille d'une galaxie et la taille de son trou noir supermassif . Cela indique que les deux hommes se connaissent, même si le trou noir supermassif est tellement plus petit que la galaxie qui l’entoure.

Vous pouvez imaginer un trou noir géant aspirant tout ce qui l'entoure jusqu'à ce que toute la galaxie disparaisse comme de l'eau dans un drain, mais c'est tout simplement impossible. L'influence de la gravité diminue rapidement à mesure que la distance entre deux objets augmente. Ainsi, les étoiles situées à plus de quelques années-lumière du centre de la galaxie ne sont pas du tout contrôlées par la présence du supersignal, mais par la masse d'étoiles, de gaz et de poussière qui les entourent.

Un trou noir supermassif typique n'augmente ou n'aspire que de la matière d'une région de quelques années-lumière à la fois. Et sa gravité n'influence que les quelques parsecs centraux - environ 10 années-lumière, 1 parsec correspond à 3,26 années-lumière - de la galaxie.

Et pourtant, la masse du composant sphéroïde d'une galaxie - son renflement central - et la masse de son trou noir supermassif sont liées. Il existe également un lien entre la manière dont les étoiles se déplacent dans le bulbe d'une galaxie et la masse de son trou noir supermassif. Ces relations signifient en quelque sorte que la galaxie dans son ensemble et son trou noir supermassif sont connectés. Alors, bien sûr, les astronomes veulent savoir comment.

Simuler l'univers

L'évolution de la galaxie se déroule sur des milliards d'années. Les astronomes fragmentent le processus en examinant de nombreuses galaxies à différents stades d'évolution. Mais ils ne peuvent pas reconstruire chaque moment de la vie complète d’une galaxie et de son trou noir.

Mais les simulations sur ordinateur peuvent montrer les galaxies et leurs trous noirs du début à la fin, donnant un aperçu de ce qui se passe. En fait, ils peuvent montrer des milliers de galaxies, qui grandissent et évoluent avec le temps.

Quinn et ses collègues ont utilisé un code sophistiqué, appelé ROMULUS, pour observer l'évolution des jeunes galaxies et déterminer dans quelle mesure l'activité du trou noir supermassif a une influence sur la formation d'étoiles dans la galaxie et sur l'impact de sa croissance sur les habitudes alimentaires du trou noir. Leur simulation incluait des milliers de galaxies dans divers environnements, des amas de galaxies aux régions où les galaxies sont rares et éloignées les unes des autres, exactement comme l’univers réel.

Leurs travaux donnent la meilleure image à ce jour de la manière dont les trous noirs et les galaxies se développent ensemble, et montrent que les deux semblent étroitement liés, indépendamment de nombreux facteurs susceptibles de perturber leur symbiose. "Ce que cette étude montre, c'est que le trou noir supermassif et la population stellaire d'une galaxie croissent ensemble", a déclaré Quinn. L'équipe a découvert que peu importait le nombre d'étoiles qu'une galaxie était en train de former, seule une petite fraction du gaz disponible pour créer de nouvelles étoiles était engloutie par le trou noir central.

Et la fraction de gaz consommée par le trou noir, a-t-il déclaré, est restée la même malgré les facteurs qui, selon l'équipe, pourraient le changer. Le trou noir contenait la même quantité de nourriture quels que soient le nombre de galaxies à proximité, le temps pendant lequel la galaxie devait évoluer et même le nombre d'autres galaxies dans lesquelles elle s'était écrasée dans le passé. C’est intéressant parce que les interactions entre les galaxies, comme les survols qui se produisent en grappes - comme le groupe voisin de Virgo - et les fusions telles que les célèbres antennes Galaxies peuvent affecter la formation des étoiles et l’activité des trous noirs dans les galaxies.

L’équipe a également constaté que, du fait que la fraction de gaz disponible pour le trou noir reste la même, les galaxies et les trous noirs supermassifs ont une relation «auto-correctrice». Si le trou noir supermassif commence trop grand pour sa galaxie, un manque La quantité de gaz et de poussière disponibles dans la galaxie semble ralentir la progression du trou noir, de sorte que sa croissance est plus lente. Alternativement, si le trou noir est petit par rapport à sa galaxie, l'abondance de gaz et de poussière permet au trou noir de se développer plus rapidement et de rattraper son hôte.

Bien sûr, les résultats offrent une image généralisée et certaines galaxies peuvent ne pas suivre ce modèle, en particulier parce que leurs trous noirs centraux traversent des périodes de forte activité, ce qui est le cas le plus souvent. Quinn suggère que peut-être que l’observation de vraies galaxies aux extrêmes du modèle, telles que les galaxies avec des trous noirs très actifs ou les galaxies naines avec des trous noirs extrêmement lourds, pourrait aider à confirmer si ce modèle convient à tous, ou si des ajustements sont nécessaires dans certaines circonstances.

Source: http://www.astronomy.com/
Lien:  http://www.astronomy.com/news/2019/10/galaxy-and-black-hole-growth?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR0UYu_cRcIs34Il6V2dODMh4FOx6eP3BjHWXyNjbWSsaWxx42Ce6SAMdyE