Supermassif trous noirs – des titans cosmiques dont la masse varie de 100 000 à des milliards de fois celle du soleil – comptent parmi les phénomènes les plus effrayants de l’univers. Ces monstres célestes peuvent consumer des étoiles entières et libérer des torrents de puissants rayonnements visibles sur de vastes distances cosmiques. Cependant, dans une étude récente, des chercheurs ont observé quelque chose de totalement sans précédent : une paire de trous noirs supermassifs dévorant un énorme nuage de gaz qui ne ressemble à aucun repas céleste que les scientifiques aient jamais vu.
Cette découverte, rendue possible grâce à un curieux signal de rayonnement, offre un nouvel aperçu du comportement de ces géants cosmiques et de leurs relations avec les galaxies qu’ils habitent.
« La lumière émise par le système montre un motif oscillatoire qui se répète tous les 60 à 90 jours, et c’est la première fois que ce type de variation est observé dans un noyau galactique actif. » Lorena Hernández-Garcíaastrophysicien au Millennium Institute of Astrophysics et à l’Université de Valparaíso au Chili et auteur principal d’une nouvelle étude sur les trous noirs voraces, a déclaré à Live Science par e-mail. « Ce modèle est observé dans les rayons X, les ultraviolets et les fréquences optiques, ce qui rend ce système unique. »
Examiner le signal mystérieux
Le signal, désigné AT 2021hdr, a été détecté pour la première fois en mars 2021 par le Zwicky Transient Facility, un puissant levé optique au sol. Il provient d’une galaxie connue sous le nom de 2MASX J21240027+3409114, située à environ 1 milliard d’années-lumière, dans la constellation nord du Cygne.
Au début, les scientifiques soupçonnaient que le signal pourrait être lié à des phénomènes plus familiers, comme une supernova ou un événement de perturbation des maréesc’est-à-dire lorsqu’un trou noir déchire une étoile. Cependant, le signal présentait un modèle d’oscillation de luminosité très inhabituel, non observé lors de tels événements. Cette anomalie intrigante a incité l’équipe de recherche à étudier le signal plus en profondeur.
« Nous avons observé comment la lumière du système varie avec le temps, pendant plus de quatre ans, à l’aide d’instruments multi-longueurs d’onde », a expliqué Hernández-García. « L’étude comprend des observations avec le satellite Swift (rayons X et ultraviolets), l’installation transitoire de Zwicky (optique), le réseau de lignes de base très longues (radio) et des télescopes optiques en Espagne, au Mexique et en Inde. »
Ces observations, qui couvraient une large gamme de longueurs d’onde, ont confirmé la conclusion antérieure selon laquelle l’origine du signal n’était pas familière. Par exemple, son émission de rayons X était bien trop intense pour être expliquée par les candidats conventionnels envisagés par l’équipe. Sans signaux comparables pour les guider, les chercheurs se sont tournés vers des modèles théoriques pour résoudre le mystère. Ils ont émis l’hypothèse que le rayonnement était produit par une paire de trous noirs supermassifs consommant un énorme nuage de gaz galactique – un scénario précédemment exploré grâce à des simulations informatiques.
Sur la base de la simulation de l’interaction des trous noirs entre eux et avec un nuage de gaz, l’équipe a constaté que le signal étudié correspond bien aux prédictions du modèle informatique – si la paire de trous noirs supermassifs et le nuage de gaz ont des propriétés particulières.
« Après une comparaison détaillée avec les modèles théoriques, nous concluons que la lumière émise par le système peut être expliquée par un trou noir supermassif binaire interagissant avec un nuage de gaz à peu près équivalent en masse à celle du Soleil », a déclaré Hernández-García. « Dans ce scénario, les deux trous noirs seraient séparés de 0,8 milliparsecs (environ un jour-lumière), orbiteraient l’un autour de l’autre tous les 130 jours environ, auraient une masse combinée d’environ 40 millions de masses solaires et devraient fusionner en environ 70 000 jours. années. »
Orientations et perspectives futures
Bien que le signal AT 2021hdr corresponde parfaitement à l’hypothèse de l’équipe, des observations supplémentaires de systèmes similaires seront nécessaires pour consolider leurs conclusions. Les données futures aideront à affiner les modèles du comportement des trous noirs supermassifs lorsqu’ils consomment du gaz galactique.
« Nous devons confirmer le scénario que nous proposons, c’est pourquoi nous devons collecter de nouvelles données et effectuer des simulations en utilisant ces données afin de vérifier notre hypothèse », a déclaré Hernández-García.
Si elle est validée, cette découverte pourrait transformer la façon dont les astronomes étudient les trous noirs supermassifs en proposant une nouvelle méthode pour étudier leur évolution et leur rôle dans la formation des galaxies. Ces objets massifs sont étroitement liés à leurs galaxies hôteset en apprendre davantage sur leurs habitudes alimentaires pourrait fournir un nouvel aperçu du développement galactique.
« Trouver trous noirs supermassifs binaires « C’est une tâche difficile, mais d’un point de vue théorique, on s’attend à ce qu’il soit présent dans de nombreux centres galactiques », a expliqué Hernández-García. « Le fait que nous ne puissions pas résoudre les deux trous noirs avec l’instrumentation disponible implique que nous devons trouver techniques alternatives pour les détecter par d’autres méthodes. En découvrir davantage nous permettra d’étudier comment les galaxies fusionnent et évoluent avec le temps. »
