Hubble découvre qu’un trou noir déclenche la formation d’étoiles dans une galaxie naine

Il y a dix ans, cette petite galaxie a déclenché un débat parmi les astronomes pour savoir si les galaxies naines abritaient des trous noirs proportionnels aux mastodontes supermassifs trouvés au cœur des galaxies plus grandes. Cette nouvelle découverte a le petit Henize 2-10, contenant seulement un dixième du nombre d’étoiles trouvées dans notre Voie lactée, sur le point de jouer un grand rôle dans la résolution du mystère de l’origine des trous noirs supermassifs.

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore, Maryland, mène des opérations scientifiques Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités pour la recherche en astronomie à Washington, DC

“Il y a dix ans, en tant qu’étudiant diplômé pensant que je consacrerais ma carrière à la formation d’étoiles, j’ai regardé les données de Henize 2-10 et tout a changé”, a déclaré Amy Reines, qui a publié la première preuve d’un trou noir dans la galaxie. en 2011 et est le chercheur principal sur les nouvelles observations de Hubble, publiées dans le numéro du 19 janvier de La nature.

“Dès le début, je savais que quelque chose d’inhabituel et de spécial se passait à Henize 2-10, et maintenant Hubble a fourni une image très claire de la connexion entre le trou noir et une région de formation d’étoiles voisine située à 230 années-lumière du trou noir, ” dit Reines.

Cette connexion est une sortie de gaz qui s’étend à travers l’espace comme un cordon ombilical vers une pépinière stellaire lumineuse. La région abritait déjà un cocon de gaz dense lorsque la sortie à faible vitesse est arrivée. La spectroscopie Hubble montre que l’écoulement se déplaçait à environ 1 million de miles par heure, percutant le gaz dense comme un tuyau d’arrosage frappant un tas de terre et se répandant. Les amas d’étoiles nouveau-nés parsèment le chemin de la propagation de l’écoulement, leurs âges également calculés par Hubble.

C’est l’effet inverse de ce que l’on voit dans les grandes galaxies, où la matière tombant vers le trou noir est emportée par les champs magnétiques environnants, formant des jets flamboyants de plasma se déplaçant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Les nuages ​​​​de gaz pris dans la trajectoire des jets seraient chauffés bien au-delà de leur capacité à se refroidir et à former des étoiles. Mais avec le trou noir moins massif de Henize 2-10 et son écoulement plus doux, le gaz a été comprimé juste assez pour précipiter la formation de nouvelles étoiles.

“À seulement 30 millions d’années-lumière, Henize 2-10 est suffisamment proche pour que Hubble puisse capturer très clairement à la fois des images et des preuves spectroscopiques d’un écoulement de trou noir. La surprise supplémentaire était que, plutôt que de supprimer la formation d’étoiles, l’écoulement déclenchait la naissance de nouvelles étoiles », a déclaré Zachary Schutte, étudiant diplômé de Reines et auteur principal de la nouvelle étude.

Depuis sa première découverte d’émissions radio et de rayons X distinctes dans Henize 2-10, Reines pense qu’elles proviennent probablement d’un trou noir massif, mais pas aussi supermassif que celles observées dans les grandes galaxies. D’autres astronomes, cependant, pensaient que le rayonnement était plus probablement émis par un reste de supernova, ce qui serait un événement familier dans une galaxie qui pompe rapidement des étoiles massives qui explosent rapidement.

“L’incroyable résolution de Hubble montre clairement un schéma en forme de tire-bouchon dans les vitesses du gaz, que nous pouvons adapter au modèle d’un écoulement de précession ou d’oscillation d’un trou noir. Un reste de supernova n’aurait pas ce schéma, et donc il est effectivement notre preuve irréfutable qu’il s’agit d’un trou noir”, a déclaré Reines.

Reines s’attend à ce que davantage de recherches soient menées sur les trous noirs des galaxies naines à l’avenir, dans le but de les utiliser comme indices sur le mystère de la formation des trous noirs supermassifs dans l’univers primitif. C’est un casse-tête persistant pour les astronomes. La relation entre la masse de la galaxie et son trou noir peut fournir des indices. Le trou noir de Henize 2-10 mesure environ 1 million de masses solaires. Dans les grandes galaxies, les trous noirs peuvent représenter plus d’un milliard de fois la masse de notre Soleil. Plus la galaxie hôte est massive, plus le trou noir central est massif.

Les théories actuelles sur l’origine des trous noirs supermassifs se décomposent en trois catégories : 1) ils se sont formés comme des trous noirs de masse stellaire plus petits, à partir de l’implosion d’étoiles, et ont en quelque sorte rassemblé suffisamment de matière pour devenir supermassifs, 2) des conditions spéciales au début l’univers a permis la formation d’étoiles supermassives, qui se sont effondrées pour former des “graines” massives de trous noirs dès le départ, ou 3) les graines de futurs trous noirs supermassifs sont nées dans des amas d’étoiles denses, où la masse globale de l’amas aurait été suffisante pour les créer d’une manière ou d’une autre à partir d’un effondrement gravitationnel.

Jusqu’à présent, aucune de ces théories d’ensemencement des trous noirs n’a pris les devants. Les galaxies naines comme Henize 2-10 offrent des indices potentiels prometteurs, car elles sont restées petites au cours du temps cosmique, plutôt que de subir la croissance et les fusions de grandes galaxies comme la Voie lactée. Les astronomes pensent que les trous noirs des galaxies naines pourraient servir d’analogues aux trous noirs de l’univers primitif, alors qu’ils commençaient tout juste à se former et à se développer.

“L’ère des premiers trous noirs n’est pas quelque chose que nous avons pu voir, c’est donc vraiment devenu la grande question : d’où viennent-ils ? Les galaxies naines peuvent conserver un certain souvenir du scénario d’ensemencement des trous noirs qui a autrement été perdu dans le temps et dans l’espace”, a déclaré Reines.