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Une onde de choc, très loin dans l’espace, pourrait être le signe révélateur de la première confirmation d’un supermassif « en fuite » trou noirs’échappant de sa galaxie hôte à 2,2 millions de miles par heure (3,6 millions de km/h).
La confirmation potentielle par le Télescope spatial James Webb (JWST), publié sur le serveur de prépublication Arxiv le 3 décembre, n’a pas encore été évalué par des pairs. Mais il a été soumis à Astrophysical Journal Letters et à l’auteur principal de l’étude. Pieter van Dokkumprofesseur d’astronomie et de physique à l’Université de Yale, a publié plusieurs articles évalués par des pairs sur les candidats trous noirs supermassifs ces dernières années.
Tracer un flux d’étoiles
Le trou noir candidat a été repéré pour la première fois en 2023 par l’équipe de van Dokkum, qui a vu une faible ligne dans une image d’archives du télescope spatial Hubble. La vue était si étrange que l’équipe a effectué de nouvelles observations depuis l’observatoire Keck à Hawaï.
Les observations de l’époque montraient que le trou noir avait une masse de 20 millions de soleils et que l’étrange ligne était un « sillage » de jeunes étoiles s’étendant sur 200 000 années-lumière espace – deux fois le diamètre de toute la Voie Lactée. L’image de Hubble capture un moment où l’univers avait environ la moitié de son âge actuel de 13,8 milliards d’années.
« Nous soupçonnions que cet objet étrange pourrait être un trou noir supermassif en fuite, mais nous n’avions pas de preuve irréfutable », a déclaré van Dokkum. Ainsi, pour leurs nouvelles recherches, l’équipe s’est tournée vers JWST, un observatoire de l’espace lointain unique par sa « sensibilité et sa netteté », a déclaré van Dokkum, « pour voir le choc de l’arc créé par la vitesse du trou noir ».
Les images résultantes ont stupéfié l’équipe.
L’instrument infrarouge moyen de JWST a restitué l’onde de choc, ou choc d’arc, au bord d’attaque du trou noir candidat avec une clarté sans précédent. « C’est un peu comme les vagues créées par un navire », a déclaré van Dokkum. « Dans ce cas, le vaisseau est un trou noir et très difficile à voir, mais nous pouvons voir « l’eau » – en réalité, l’hydrogène et l’oxygène gazeux – que (le trou noir) pousse devant lui. »
Van Dokkum était étonné. « Tout dans cet objet nous disait qu’il s’agissait de quelque chose de vraiment spécial, mais voir cette signature claire dans les données était incroyablement satisfaisant », a-t-il ajouté.
Outre la résolution de JWST, van Dokkum a déclaré que son étude montrait que les observations correspondaient aux données de Hubble et de Keck dans différentes longueurs d’onde de lumière. Les données « fournissent toutes différentes pièces du puzzle », a-t-il déclaré, « et elles s’emboîtent à merveille – exactement comme le prédisent les modèles théoriques ».
Un mystère supermassif
L’étude des trous noirs incontrôlables, comme celui-ci, montre aux scientifiques davantage sur la façon dont les galaxies et les trous noirs ont évolué, a déclaré van Dokkum. La plupart des grandes galaxies ont des trous noirs supermassifs incrustés en leur centre, y compris notre propre Voie lactée. Leur capacité à échapper à leurs liens galactiques étroits reste un mystère de longue date.
Selon van Dokkum, la seule façon pour un trou noir supermassif d’être arraché de sa galaxie est qu’au moins deux de ces trous noirs se rapprochent extraordinairement l’un de l’autre, l’intense interaction gravitationnelle « en faisant sortir l’un d’entre eux ».
La nouvelle recherche suggère que l’emballement candidat a été produit après qu’au moins deux, et potentiellement jusqu’à trois, trous noirs ont tous interagi. Avec des masses d’au moins 10 millions de soleils chacune, van Dokkum a déclaré que la violence de la rencontre devait être « tout à fait quelque chose ».
Quant à savoir où chercher ensuite un trou noir supermassif en fuite, le document de recherche note « plusieurs candidats prometteurs », mais l’interprétation de ces systèmes est difficile. Un exemple est l’objet ambigu connu sous le nom de le « Chouette Cosmique », qui se trouve à environ 11 milliards d’années-lumière de la Terre.
Le Cosmic Owl, selon le nouvel article, comprend deux noyaux galactiques – chacun avec un trou noir supermassif actif au cœur de la galaxie – et un troisième trou noir supermassif qui est, curieusement, « intégré dans un nuage de gaz » entre les deux galaxies.
La manière dont ce troisième trou noir est arrivé dans un nuage de gaz est un sujet de controverse. Certains chercheurs affirment que le trou noir pourrait être un fugitif qui s’est échappé de l’une des galaxies hôtes, mais Observations JWST par le groupe de van Dokkum contester cette interprétation. Leurs observations suggèrent qu’il s’agit d’un trou noir déplacé « plus probablement… formé in situ par un effondrement direct » de gaz, produit par des ondes de choc après que les deux galaxies ont failli entrer en collision.
Des études plus approfondies sont nécessaires à ce sujet, ainsi que sur d’autres objets susceptibles de contenir d’éventuels fugitifs de trous noirs. Van Dokkum a cité le courant Euclide et à venir Nancy Grace Romain Les télescopes spatiaux sont des instruments d’enquête prometteurs, car ces télescopes sont conçus pour observer l’ensemble du ciel, contrairement au JWST. « Cela nous dira à quelle fréquence cela se produit – quelque chose que nous aimerions beaucoup savoir. »
