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Comment repérer le mouvement de deux trous noirs qui mettent 24 000 ans à se tourner autour ?

29 Juin 2017 | 2 commentaires

Trou noir en orbite

Des astronomes ont réussi l’incroyable exploit d’observer une paire de trous noirs supermassifs, en orbite l’un autour de l’autre, à des centaines de millions d’années-lumière d’ici.

Cette découverte est le résultat de plus de deux décennies de travail et elle est très impressionnante compte tenu des mesures très précises qui furent requises. De comprendre la nature de ces interactions nous permettra de mieux comprendre comment les galaxies et l’univers ont évolué.

Selon Greg Taylor, l’un des chercheurs à l’origine de cette étude, de l’Université du Nouveau-Mexique (UNM), États-Unis :

Pendant longtemps, nous avons cherché dans l’espace pour essayer de trouver une paire de ces trous noirs supermassifs en orbite à la suite de la fusion de deux galaxies. Bien que nous ayons estimé que cela se produirait, personne ne l’avait déjà vue jusqu’à maintenant.

L’équipe a observé la paire de trous noirs dans une galaxie (radiogalaxie), nommée 0402+379, à environ 750 millions d’années-lumière de Terre.

Image d’entête (clic pour agrandir) : représentation artistique de deux trous noirs s’orbitant, similaire à ceux observés par l’UNM. (Josh Valenzuela/ UNM)

Selon Katherine Bansal qui à dirigé l’étude et également de l’UNM, la masse combinée de ces trous noirs supermassifs est d’environ 15 milliards de fois celle de notre soleil (masse solaire) et leur période orbitale est d’environ 24 000 ans. Cela signifie que même si l’équipe a observé ces trous noirs depuis plus d’une décennie, ils n’ont pas été en mesure de détecter même la moindre courbure de leur orbite.

Selon Roger W. Romani de l’Université de Stanford qui a participé à l’étude :

Si vous imaginez un escargot sur la planète similaire à la Terre récemment découverte en orbite autour de Proxima Centauri, à 4, 243 années-lumière, se déplaçant de 1 cm (0,4 pouce) par seconde, c’est le mouvement angulaire que nous résolvons ici.

Les trous noirs sont notoirement difficiles à étudier, car ils ne peuvent être observés directement, ils ne peuvent être détectés que par leur effet sur la matière proche. Ainsi, pour trouver l’orbite de ces trous noirs, l’équipe de l’UNM a utilisé le Very Long Baseline Array (VLBA), composé de 10 radiotélescopes. En mesurant les différentes fréquences des signaux radio émis par les trous noirs, l’équipe a ensuite pu tracer sa trajectoire.

Carte VLBA en fausse couleur de la radiogalaxie 0402+379 à 15 GHz. Elle héberge deux trous noirs supermassifs au centre, représentés par des disques d’accrétion et des jets jumeaux. (UNM)
trou noir VLBA Map

La réalisation technique de cette découverte est une grande réussite et améliorera considérablement notre compréhension de ces énigmatiques objets.

Depuis la théorie de la relativité générale d’Einstein, les astronomes sont fascinés par les trous noirs supermassifs. Récemment, il y a eu plusieurs nouvelles découvertes les concernant, mais il y a encore tellement de choses que nous ne connaissons pas sur eux.

De continuer à observer l’orbite et l’interaction de ces trous noirs, nous permettra de mieux définir l’origine de notre galaxie, de l’avenir et du rôle que jouent les trous noirs dans ce processus.

À l’heure actuelle, la galaxie d’Andromède, qui contient également un trou noir supermassif, devrait entrer en collision avec notre Voie lactée, ce qui fait de l’événement que l’équipe de l’UNM observe, un aperçu de l’avenir potentiel de notre galaxie dans quelques milliards d’années.

Selon Taylor :

Les trous noirs supermassifs ont beaucoup d’influence sur les étoiles qui les entourent et sur la croissance et l’évolution de la galaxie. Donc, en apprenant plus sur eux et ce qui se passe quand ils fusionnent les un avec les autres pourraient être importants dans notre compréhension de l’univers.

L’équipe de l’Université du Nouveau-Mexique reviendra sur ces trous noirs dans quelques années pour confirmer les observations et améliorer leurs projections des orbites et des trajectoires.

Pour l’instant, nous ne pouvons qu’apprécier le fait qu’ils ont, pour la première fois, délivré une observation directe et qu’ils inspireront, sans aucun doute, d’autres travaux de recherche.

L’étude publiée dans The Astrophysical Journal : Constraining the Orbit of the Supermassive Black Hole Binary 0402+379, en prépublication sur ArXiv (PDF) et présentée sur le site de l’université du Nouveau Mexique : Groundbreaking discovery confirms existence of orbiting supermassive black holes.

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