La Voie lactée peut avoir deux trous noirs supermassifs.

Les mesures des étoiles en orbite autour du noyau de notre galaxie suggèrent que notre trou noir de 4 millions de masse solaire, Sagittaire A *, pourrait avoir un autre compagnon supermassif qui se cache à proximité.

Par Smadar Naoz, La conversation  | Publication: jeudi 12 décembre 2019

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La conception d'un artiste de deux trous noirs entrelacés dans un tango gravitationnel.

NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Christopher Go

Les trous noirs supermassifs ont-ils des amis? La nature de la formation des galaxies suggère que la réponse est oui, et en fait, des paires de trous noirs supermassifs devraient être courantes dans l'univers.

Je suis astrophysicien et je m'intéresse à un large éventail de problèmes théoriques en astrophysique, de la formation des toutes premières galaxies aux interactions gravitationnelles des trous noirs, des étoiles et même des planètes. Les trous noirs sont des systèmes intrigants, et les trous noirs supermassifs et les environnements stellaires denses qui les entourent représentent l'un des endroits les plus extrêmes de notre univers.

Le trou noir supermassif qui se cache au centre de notre galaxie, appelé Sgr A *, a une masse d'environ 4 millions de fois celle de notre Soleil. Un trou noir est un endroit dans l'espace où la gravité est si forte que ni les particules ni la lumière ne peuvent y échapper. Sgr A * environnant est un amas dense d'étoiles. Des mesures précises des orbites de ces étoiles ont permis aux astronomes de confirmer l'existence de ce trou noir supermassif et de mesurer sa masse . Depuis plus de 20 ans, les scientifiques surveillent les orbites de ces étoiles autour du trou noir supermassif. Sur la base de ce que nous avons vu, mes collègues et moi montrons que s'il y a un ami là-bas, ce pourrait être un deuxième trou noir à proximité qui représente au moins 100 000 fois la masse du Soleil.

Au centre de notre galaxie se trouve un trou noir supermassif dans la région connue sous le nom de Sagittaire A. Il a une masse d'environ 4 millions de fois celle de notre Soleil.

ESA – C. Carreau

Trous noirs supermassifs et leurs amis

Presque chaque galaxie, y compris notre Voie lactée, a un trou noir supermassif en son cœur, avec des masses de millions à des milliards de fois la masse du Soleil. Les astronomes étudient toujours pourquoi le cœur des galaxies abrite souvent un trou noir supermassif. Une idée populaire est liée à la possibilité que les trous supermassifs aient des amis.

Pour comprendre cette idée, nous devons remonter à l'époque où l'univers avait environ 100 millions d'années, à l'époque des toutes premières galaxies. Ils étaient beaucoup plus petits que les galaxies d'aujourd'hui, environ 10 000 fois plus massifs que la Voie lactée. Au sein de ces premières galaxies, les toutes premières étoiles mortes ont créé des trous noirs, de l'ordre de dizaines à mille la masse du Soleil. Ces trous noirs se sont enfoncés au centre de gravité, au cœur de leur galaxie hôte. Puisque les galaxies évoluent en fusionnant et en entrant en collision les unes avec les autres, les collisions entre les galaxies se traduiront par des paires de trous noirs supermassifs - la partie clé de cette histoire. Les trous noirs entrent en collision et grossissent également. Un trou noir qui représente plus d'un million de fois la masse de notre fils est considéré comme supermassif.

Si en effet le trou noir supermassif a un ami qui tourne autour de lui en orbite étroite, le centre de la galaxie est enfermé dans une danse complexe. Les remorqueurs gravitationnels des partenaires exerceront également leur propre attraction sur les étoiles proches perturbant leurs orbites. Les deux trous noirs supermassifs sont en orbite l'un autour de l'autre, et en même temps, chacun exerce sa propre traction sur les étoiles qui l'entourent.

Les forces gravitationnelles des trous noirs tirent sur ces étoiles et les font changer d'orbite; en d'autres termes, après une révolution autour de la paire de trous noirs supermassifs, une étoile ne retournera pas exactement au point où elle a commencé.

En utilisant notre compréhension de l'interaction gravitationnelle entre la possible paire de trous noirs supermassifs et les étoiles environnantes, les astronomes peuvent prédire ce qui arrivera aux étoiles. Des astrophysiciens comme mes collègues et moi pouvons comparer nos prévisions à des observations, puis déterminer les orbites d'étoiles possibles et déterminer si le trou noir supermassif a un compagnon qui exerce une influence gravitationnelle.

En utilisant une étoile bien étudiée, appelée S0-2, qui orbite autour du trou noir supermassif qui se trouve au centre de la galaxie tous les 16 ans, nous pouvons déjà exclure l'idée qu'il existe un deuxième trou noir supermassif avec une masse supérieure à 100 000 fois la masse du Soleil et supérieure à environ 200 fois la distance entre le Soleil et la Terre. S'il y avait un tel compagnon, mes collègues et moi aurions détecté ses effets sur l'orbite de SO-2.

Mais cela ne signifie pas qu'un petit trou noir compagnon ne peut toujours pas s'y cacher. Un tel objet ne peut pas modifier l'orbite de SO-2 d'une manière que nous pouvons facilement mesurer.

La physique des trous noirs supermassifs

Les trous noirs supermassifs ont retenu beaucoup l'attention ces derniers temps. En particulier, l' image récente d'un tel géant au centre de la galaxie M87 a ouvert une nouvelle fenêtre pour comprendre la physique derrière les trous noirs.

La première image d'un trou noir. Il s'agit du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87.

Collaboration avec le télescope Horizon événementiel, CC BY-SA

La proximité du centre galactique de la Voie lactée - à seulement 24 000 années-lumière - fournit un laboratoire unique pour résoudre les problèmes de physique fondamentale des trous noirs supermassifs. Par exemple, des astrophysiciens comme moi aimeraient comprendre leur impact sur les régions centrales des galaxies et leur rôle dans la formation et l'évolution des galaxies. La détection d'une paire de trous noirs supermassifs dans le centre galactique indiquerait que la Voie lactée a fusionné avec une autre, peut-être petite, galaxie à un moment donné dans le passé.

Ce n'est pas tout ce que la surveillance des étoiles environnantes peut nous dire. Les mesures de l'étoile S0-2 ont permis aux scientifiques de réaliser un test unique de la théorie générale de la relativité d'Einstein. En mai 2018, S0-2 a dépassé le trou noir supermassif à une distance d'environ 130 fois la distance de la Terre au Soleil. Selon la théorie d'Einstein, la longueur d'onde de la lumière émise par l'étoile devrait s'étirer lorsqu'elle monte du puits gravitationnel profond du trou noir supermassif.

La longueur d'onde d'étirement prédite par Einstein - qui fait apparaître l'étoile plus rouge - a été détectée et prouve que la théorie de la relativité générale décrit avec précision la physique de cette zone gravitationnelle extrême . J'attends avec impatience la deuxième approche la plus proche de S0-2, qui se produira dans environ 16 ans, car les astrophysiciens comme moi pourront tester plus de prédictions d'Einstein sur la relativité générale, y compris le changement d'orientation de l'orbite allongée des étoiles . Mais si le trou noir supermassif a un partenaire, cela pourrait modifier le résultat attendu.

Cette image de la NASA / ESA Hubble Space Telescope est le résultat d'une collision galactique entre deux galaxies de bonne taille. Ce nouveau fouillis d'étoiles évolue lentement pour devenir une galaxie elliptique géante.

ESA / Hubble & NASA, Remerciements: Judy Schmidt

Enfin, s'il y a deux trous noirs massifs en orbite autour du centre galactique, comme mon équipe le suggère, ils émettront des ondes gravitationnelles . Depuis 2015, les observatoires LIGO-Virgo détectent le rayonnement des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs de masse stellaire et d'étoiles à neutrons. Ces détections révolutionnaires ont ouvert une nouvelle voie aux scientifiques pour détecter l'univers.

Toutes les ondes émises par notre hypothétique paire de trous noirs seront à des fréquences basses, trop basses pour que les détecteurs LIGO-Virgo puissent les détecter. Mais un détecteur spatial planifié connu sous le nom de LISA peut être capable de détecter ces ondes, ce qui aidera les astrophysiciens à déterminer si notre trou noir central galactique est seul ou a un partenaire.

Source: https://www.futura-sciences.com/
Lien: http://www.astronomy.com/news/2019/12/the-milky-way-may-have-two-supermassive-black-holes?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR0QYTTaJHEwmLS9gbzjCqpGa6_gIoFUVHy_9apdNlzwwsZyUEDNKEGHSSw