La mort d’une étoile révèle un trou noir de taille moyenne caché dans une galaxie naine

L’éruption a été capturée par des astronomes avec la Young Supernova Experiment (YSE), une enquête conçue pour détecter les explosions cosmiques et les événements astrophysiques transitoires. Une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l’UC Santa Cruz, de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague et de l’Université de l’État de Washington a rapporté la découverte dans un article publié le 10 novembre dans Astronomie naturelle.

“Cette découverte a suscité un enthousiasme généralisé car nous pouvons utiliser les événements de perturbation des marées non seulement pour trouver plus de trous noirs de masse intermédiaire dans les galaxies naines silencieuses, mais aussi pour mesurer leurs masses”, a déclaré le co-auteur Ryan Foley, professeur adjoint d’astronomie et d’astrophysique à UC Santa Cruz qui a aidé à planifier l’enquête YSE.

La première auteure Charlotte Angus de l’Institut Niels Bohr a déclaré que les découvertes de l’équipe fournissent une base pour les futures études sur les trous noirs de taille moyenne.

“Le fait que nous ayons pu capturer ce trou noir de taille moyenne alors qu’il dévorait une étoile nous a offert une opportunité remarquable de détecter ce qui nous aurait autrement été caché”, a déclaré Angus. “De plus, nous pouvons utiliser les propriétés de l’éruption elle-même pour mieux comprendre ce groupe insaisissable de trous noirs de poids moyen, qui pourrait représenter la majorité des trous noirs au centre des galaxies.”

Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de toutes les galaxies massives, y compris notre propre Voie lactée. Les astronomes conjecturent que ces bêtes massives, avec des millions ou des milliards de fois la masse du soleil, auraient pu se développer à partir de petits trous noirs de “masse intermédiaire” avec des milliers à des centaines de milliers de masses solaires.

Une théorie sur la façon dont ces trous noirs massifs ont été assemblés est que l’univers primitif était endémique avec de petites galaxies naines avec des trous noirs de masse intermédiaire. Au fil du temps, ces galaxies naines auraient fusionné ou auraient été englouties par des galaxies plus massives, leurs noyaux se combinant à chaque fois pour constituer la masse au centre de la galaxie en croissance. Ce processus de fusion finirait par créer les trous noirs supermassifs que l’on voit aujourd’hui.

“Si nous pouvons comprendre la population de trous noirs de masse intermédiaire – combien il y en a et où ils se trouvent – nous pouvons aider à déterminer si nos théories sur la formation de trous noirs supermassifs sont correctes”, a déclaré le co-auteur Enrico Ramirez-Ruiz. , professeur d’astronomie et d’astrophysique à l’UCSC et professeur Niels Bohr à l’Université de Copenhague.

Mais toutes les galaxies naines ont-elles des trous noirs de taille moyenne ?

“C’est difficile à affirmer, car la détection de trous noirs de masse intermédiaire est extrêmement difficile”, a déclaré Ramirez-Ruiz.

Les techniques classiques de chasse aux trous noirs, qui cherchent à alimenter activement les trous noirs, ne sont souvent pas assez sensibles pour découvrir des trous noirs au centre des galaxies naines. En conséquence, seule une infime fraction des galaxies naines est connue pour héberger des trous noirs de masse intermédiaire. Trouver plus de trous noirs de taille moyenne avec des événements de perturbation des marées pourrait aider à régler le débat sur la formation des trous noirs supermassifs.

“L’une des plus grandes questions ouvertes en astronomie est actuellement de savoir comment se forment les trous noirs supermassifs”, a déclaré la co-auteur Vivienne Baldassare, professeur de physique et d’astronomie à la Washington State University.

Les données de l’expérience Young Supernova ont permis à l’équipe de détecter les premiers signes de lumière lorsque le trou noir a commencé à manger l’étoile. Capturer ce moment initial était essentiel pour débloquer la taille du trou noir, car la durée de ces événements peut être utilisée pour mesurer la masse du trou noir central. Cette méthode, qui jusqu’à présent ne fonctionnait bien que pour les trous noirs supermassifs, a été proposée pour la première fois par Ramirez-Ruiz et la co-auteure Brenna Mockler à l’UC Santa Cruz.

“Cette éruption a été incroyablement rapide, mais parce que nos données YSE nous ont donné tellement d’informations précoces sur l’événement, nous avons vraiment pu déterminer la masse du trou noir en l’utilisant”, a déclaré Angus.

Cette étude était basée sur des données d’observatoires du monde entier, y compris l’observatoire WM Keck à Hawaï, le télescope optique nordique, l’observatoire Lick de l’UC, le télescope spatial Hubble de la NASA, l’observatoire international Gemini, l’observatoire Palomar et l’enquête Pan-STARRS à Observatoire Haleakala.