Les astronomes identifient l’emplacement probable des trous noirs de taille moyenne

L’étude, publiée aujourd’hui dans le Journal astrophysiquejette un nouvel éclairage sur quand et où des trous noirs d’environ 100 à 100 000 masses solaires pourraient se former et comment ils sont apparus.

“L’une des plus grandes questions ouvertes en astrophysique des trous noirs à l’heure actuelle est de savoir comment se forment les trous noirs qui ont la taille d’un trou noir de masse stellaire et d’un trou noir supermassif”, a déclaré Vivienne Baldassare, auteur principal de l’étude et professeur adjoint. de physique et d’astronomie à la Washington State University. “La plupart des théories sur leur formation reposent sur des conditions que l’on ne trouve que dans le tout premier univers. Nous voulions tester une autre théorie qui dit qu’ils peuvent se former tout au long du temps cosmique dans ces amas d’étoiles très denses.”

Pendant des décennies, les astronomes ont détecté des trous noirs plus petits de masse égale à quelques soleils ou des trous noirs géants avec une masse similaire à des millions de soleils, mais le chaînon manquant des trous noirs entre ces tailles a échappé à la découverte.

L’existence de ces trous noirs de taille intermédiaire ou massifs a longtemps été théorisée, mais les trouver s’est avéré difficile car la lumière émise par les objets qui y tombent n’est pas facile à détecter.

Pour relever ce défi, l’équipe de recherche a utilisé l’observatoire Chandra X-Ray, le télescope à rayons X le plus puissant au monde, pour rechercher les signatures de rayons X des trous noirs dans les amas d’étoiles nucléaires dans 108 galaxies différentes.

“Chandra est fondamentalement le seul instrument au monde capable de faire ce genre de travail”, a déclaré Baldassare. “Il est capable de localiser très précisément les emplacements des sources de rayons X, ce qui est important lorsque vous recherchez des signatures de trous noirs dans ces amas d’étoiles nucléaires très compacts.”

Les amas d’étoiles nucléaires se trouvent au centre de la plupart des galaxies petites ou de faible masse et constituent les environnements stellaires connus les plus denses. Des recherches antérieures ont identifié la présence de trous noirs dans les amas d’étoiles nucléaires, mais on sait peu de choses sur les propriétés spécifiques qui rendent ces régions propices à la formation de trous noirs.

L’analyse de Baldassare et ses collègues a montré que les amas d’étoiles nucléaires qui étaient au-dessus d’un certain seuil de masse et de densité émettaient les signatures de rayons X indiquant un trou noir à deux fois le taux de ceux en dessous du seuil. Leurs travaux fournissent la première preuve observationnelle soutenant la théorie selon laquelle des trous noirs de taille intermédiaire peuvent se former dans des amas d’étoiles nucléaires.

“En gros, cela signifie que les amas d’étoiles suffisamment massifs et compacts devraient pouvoir former un trou noir”, a déclaré Baldassare. “C’est excitant parce que nous nous attendons à ce que beaucoup de ces trous noirs soient dans le régime de masse intermédiaire entre les trous noirs supermassifs et les trous noirs de masse stellaire où il y a très peu de preuves de leur existence.”

Les travaux de l’équipe de recherche suggèrent non seulement que des trous noirs de taille intermédiaire peuvent se former dans les amas d’étoiles nucléaires, mais fournissent également un mécanisme par lequel ils pourraient potentiellement se former tout au long du temps cosmique plutôt que seulement pendant les premiers milliards d’années de l’univers.

“L’une des théories dominantes est que des trous noirs massifs n’ont pu se former qu’au début de l’univers, lorsque les choses étaient plus denses”, a déclaré Baldassare. “Notre recherche est plus cohérente avec l’image où les trous noirs massifs n’ont pas besoin de se former dans le tout premier univers, mais pourraient plutôt continuer à se former tout au long du temps cosmique dans ces environnements particuliers.”

À l’avenir, les chercheurs prévoient de continuer à utiliser Chandra pour collecter des mesures par rayons X d’amas d’étoiles nucléaires dans le but ultime d’en savoir plus sur les conditions spécifiques dans lesquelles des trous noirs massifs peuvent se former.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université de l’État de Washington. Original écrit par Will Ferguson. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.