Découverte de trous noirs supermassifs binaires en orbite

Pour la première fois, les astronomes de l’Université du Nouveau-Mexique ont déclaré avoir observé et mesuré le mouvement orbital entre 2 trous noirs supermassifs situés à des centaines de millions d’années-lumière de la Terre. Karishma Bansal est la première auteure du papier publié dans la revue The Astrophysical Journal. Cette chercheuse ainsi que le professeur Greg Taylor et ses collègues à Stanford, de l’Observatoire naval américain et l’Observatoire Gemini, ont étudié l’interaction entre ces trous noirs supermassifs pendant 12 ans.

Pendant longtemps, nous avons cherché pour tenter de trouver une paire de ces trous noirs supermassifs en orbite à la suite de la fusion de 2 galaxies selon Taylor. On savait qu’ils existaient, mais on ne les avait jamais observés jusqu’à présent.

Au début de 2016, une équipe internationale de chercheurs a détecté l’existence d’ondes gravitationnelles avec le LIGO en confirmant la prédiction de Albert Einstein. Ces ondes gravitationnelles sont le résultat de 2 trous noirs de masse stellaire (environ 30 masses solaires) qui sont entrés en collision. Désormais grâce à cette dernière recherche, les scientifiques pourront comprendre ce qui provoque la fusion de trous noirs supermassifs qui créent des ondes qui déforment la structure de l’espace-temps.

En utilisant le Very Long Baseline Array (VLBA) qui est un système composé de 10 radiotélescopes à travers les États-Unis, les chercheurs ont pu observer plusieurs fréquences de signaux radio émis par ces trous noirs supermassifs. Au fil du temps, les astronomes ont été en mesure de traquer leur trajectoire et de confirmer que c’était un système binaire. En d’autres termes, ils ont observé ces trous noirs supermassifs en orbite l’un par rapport à l’autre.

Pour Taylor, la découverte est le résultat de plus de 20 ans de travaux et un exploit compte tenu de la précision requise pour obtenir ces mesures. À environ 750 millions d’années-lumière de la Terre, la galaxie 0402 + 379 et les trous noirs supermassifs à l’intérieur sont paradoxalement très loin, mais également à une distance parfaite d’observation depuis la Terre.

C’est une carte radio en fausse couleur de la galaxie 0402+379 à 15 GHz. Cette galaxie possède 2 trous noirs supermassifs en son centre représentés par des disques d’accréations avec les jets jumeaux – Crédit : UNM

Ces trous noirs supermassifs ont une masse combinée de 15 milliards de fois celle de notre soleil, soit 15 milliards de masses solaires. La taille gigantesque de ces trous noirs signifie que leur période orbitale est d’environ 24 000 ans et même si l’équipe les a observés depuis plus d’une décennie, ils n’ont pas encore vu la moindre courbure dans leur orbite.

Pour donner une idée de la précision de la mesure, imaginez un escargot sur l’exoplanète autour de Proxima Centauri à 4,243 années-lumière qui se déplace à 1 centimètre par seconde. C’est le mouvement angulaire que nous avons pu obtenir selon Roger W. Romani, professeur de physique à l’Université de Stanford et membre de l’équipe de recherche.

Nous avons réussi une véritable prouesse technique au cours de ces 12 ans en utilisant la VLBA pour obtenir une résolution et une précision suffisantes dans l’astrométrie pour voir l’orbite selon Taylor.  Même si la prouesse technique doit être saluée, Bansal et Taylor estiment que la recherche pourrait nous apprendre énormément sur l’univers ainsi que sur la provenance et l’évolution des galaxies.

Les orbites des étoiles binaires nous ont fourni de nombreuses hypothèses sur les étoiles en général selon Bob Zavala, un astronome de l’Observatoire naval américain. Désormais, nous pourrons utiliser des techniques similaires pour comprendre les trous noirs supermassifs et leurs galaxies.

Le fait d’observer l’orbite et l’interaction de ces 2 trous noirs supermassifs pourrait également nous aider à mieux comprendre l’avenir de notre propre galaxie. À l’heure actuelle, la galaxie d’Andromède, qui possède également un trou noir supermassif, se trouve sur le chemin de notre Voie lactée. Cela suggère que l’événement observé par Bansal et Taylor pourrait se produire dans notre galaxie dans quelques milliards d’années.

Les trous noirs supermassifs ont énormément d’influence sur les étoiles qui sont aux alentours et sur la croissance et l’évolution de la galaxie selon Taylor. Donc, leur compréhension pourrait mieux nous aider à comprendre l’univers. L’équipe de recherche fera une autre observation de ce système dans 3 ou 4 ans pour confirmer le mouvement et obtenir une orbite précise. En attendant, l’équipe espère que cette découverte encouragera d’autres travaux par des astronomes du monde entier.

Source : Astrophysical Journal (http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/aa74e1)

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