Les scientifiques ont découvert que certains trous noirs supermassifs tournaient beaucoup plus rapidement que prévu. La découverte est venue à la suite d’une nouvelle forme d’archéologie des trous noirs qui relie les tours de trou noir au gaz et à la poussière qu’ils ont consommés pour développer plus de 7 milliards d’années d’histoire cosmique.
Les conclusions, gracieuseté du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) suggèrent quelques choses. D’une part, l’univers précoce peut avoir été plus ordonné qu’auparavant. Et deuxièmement, la croissance des trous noirs supermassive à travers la chaîne de fusion de trous noirs progressivement de plus en plus grands (déclenchés lorsque des galaxies entrent en collision et fusion) peuvent être complétées par les objets se régalant de manière voracieuse sur le gaz et la poussière environnants.
« Nous avons étudié les trous noirs géants trouvés dans les centres de galaxies, d’aujourd’hui à il y a sept milliards d’années », a déclaré Logan Fries, membre de l’équipe, de l’Université du Connecticut, dans un communiqué. « De façon inattendue, nous avons constaté qu’ils tournaient trop vite pour avoir été formés par des fusions de galaxies seules.
« Ils doivent s’être formés en grande partie à partir du matériau qui tombe, augmentant le trou noir en douceur et accélérant sa rotation. »
Mesurer la rotation du trou de balck n’est pas facile
En dépit d’être des monstres cosmiques qui façonnent toutes les galaxies qui les entourent, des trous noirs supermassifs avec des masses des millions ou des milliards de fois celle du soleil (et leurs homologues de masse stellaire plus minuscules) sont globalement assez simples.
Ils peuvent être définis individuellement par seulement trois caractéristiques: masse, rotation et, moins important encore, charge électrique. En tant que physicien, John Wheeler a expliqué avec tournoyer ce manque de caractéristiques distinctives: « Les trous noirs n’ont pas de cheveux. »
« Les trous noirs semblent si exotiques, mais vous pouvez les décrire complètement avec seulement deux nombres: le taux de masse et de rotation », a expliqué Fries. « Le problème est que la masse est difficile à mesurer et que le spin est encore plus difficile. »
La vitesse à laquelle un trou noir tourne est difficile à distinguer de la vitesse à laquelle le nuage aplati de gaz et de poussière environnant – le disque d’accrétion – tourne.
« Le défi réside dans la séparation du rotation du trou noir de la rotation du disque d’accrétion qui l’entoure », a déclaré Jonathan Trump, membre de l’équipe et chercheur à l’Université du Connecticut, dans le communiqué. « La clé est de regarder la région la plus intérieure, où le gaz tombe dans l’horizon des événements du trou noir.
« Un trou noir tournant traîne ce matériau le plus intérieur pour la conduite, ce qui conduit à une différence observable lorsque nous regardons les détails de nos mesures. »
Un dossier fossile cosmique
L’équipe a abordé la tâche difficile de déterminer la rotation des trous noirs en utilisant le projet de cartographie de la réverbération du SDSS. Ce projet a effectué des mesures de masse extrêmement précises pendant des centaines de trous noirs tout en effectuant des observations détaillées des structures des disques d’accrétion des vides.
Ces données se présentent sous la forme de spectres ou de lumière émise à travers le spectre électromagnétique. Avec cela en main, les scientifiques peuvent commencer à mesurer la vitesse à laquelle un trou noir central tourne.
Un décalage subtil de la longueur d’onde de la lumière révèle beaucoup sur la rotation du trou noir. Lorsque le matériau tombe dans le trou noir, il apporte également un moment angulaire – cette rotation révèle les détails du régime passé d’un trou noir.
«J’appelle cette approche« archéologie du trou noir »parce que nous essayons de comprendre comment la masse d’un trou noir s’est développée au fil du temps», a déclaré Fries. « En regardant le rotation du trou noir, vous regardez essentiellement son dossier fossile. »
Ce « dossier fossile » peut être décodé lorsque les scientifiques comparent le taux de rotation observé à ce qui est prévu.
Actuellement, le modèle favorisé suggère que les trous noirs supermassifs se développent par des fusions déclenchées lorsque leurs galaxies domestiques entrent en collision et fusionnent. Parce que ces galaxies individuelles ont leurs propres taux de rotation et d’orientation aléatoire, lorsqu’ils fusionnent, ces rotations pourraient annuler. Ou, au moins, ils pourraient se combiner. Les deux résultats devrait être tout aussi probable.
Compte tenu de cela, les scientifiques s’attendent à ce que les trous noirs tournent très lentement. Ce n’est cependant pas ce que cette équipe a découvert.
Non seulement cette recherche a révélé que de nombreux trous noirs tournent plus rapidement que prévu, mais il a également montré que les trous noirs dans des galaxies plus éloignés tournent encore plus rapidement que ceux de l’univers local.
Cela suggère que le rotation des trous noirs pourrait se construire progressivement au fil du temps. Une façon qui pourrait se produire est par l’accumulation de mouvement angulaire par le trou noir par son accrétion progressive de poussière et de gaz.
Les chercheurs pourraient tester davantage cette idée et vérifier ces résultats en utilisant des observations du télescope spatial James Webb (JWST), qui, au cours de ses trois années de fonctionnement, a trouvé des trous noirs supermassifs des époques antérieures de l’univers.
« Les trous noirs sont vraiment assis à la frontière de la compréhension humaine », a déclaré Juna Kollmeier, directrice de SDSS-V, la phase actuelle du SDSS. « Nous entreprenons des enquêtes massives comme SDSS pour construire une image astrophysique empirique de leurs propriétés fondamentales par rapport auxquelles nos modèles théoriques peuvent être mis à l’épreuve. »
Fries a présenté les conclusions de l’équipe le 14 janvier lors de la 245e réunion de l’American Astronomical Society (AAS) à National Harbor, Maryland.
Publié à l’origine sur Space.com.
