Depuis des années, l'astronome Karl Gebhardt et l'étudiant diplômé Jeremy Murphy de l'Université du Texas à Austin chassent les trous noirs - la concentration dense de matière au centre des galaxies. Ils ont trouvé un trou noir pesant 6,7 milliards de fois la masse de notre Soleil au centre de la galaxie M87.
Mais maintenant, ils ont brisé leur propre record. En combinant de nouvelles données provenant de plusieurs observations, ils ont trouvé non pas un mais deux trous noirs supermassifs qui pèsent chacun jusqu'à 10 milliards de soleils.
"Ils continuent de grossir", a déclaré Gebhardt.
Les trous noirs sont faits de matière extrêmement dense. Ils produisent un champ gravitationnel si puissant que même la lumière ne peut pas s'échapper. Parce qu'ils ne peuvent pas être vus directement, les astronomes trouvent des trous noirs en traçant les orbites des étoiles autour de ces masses invisibles géantes. La forme et la taille des orbites de ces étoiles peuvent déterminer la masse du trou noir.
Les étoiles explosives appelées supernovae laissent souvent des trous noirs, mais ceux-ci ne pèsent que autant que l'étoile unique. Les trous noirs des milliards de fois la masse de notre Soleil sont devenus si grands. Très probablement, un trou noir ordinaire en a consommé un autre, capturé un grand nombre d'étoiles et la quantité massive de gaz qu'elles contiennent, ou être le résultat de la collision de deux galaxies. Plus la collision est importante, plus le trou noir est massif.
Les trous noirs supermassifs que Gebhardt et Murphy ont trouvés se trouvent au centre de deux galaxies à plus de 300 millions d'années-lumière de la Terre. Une pesant 9,7 milliards de masses solaires est située dans la galaxie elliptique NGC 3842, la galaxie la plus brillante de l'amas de galaxies Leo à 320 millions d'années-lumière dans la direction de la constellation du Lion. L'autre est aussi grand ou plus grand et se trouve dans la galaxie elliptique NGC 4889, la galaxie la plus brillante de l'amas de Coma à environ 336 millions d'années-lumière de la Terre en direction de la constellation de Coma Berenices.
Chacun de ces trous noirs a un horizon d'événements - le point de non-retour où rien, pas même la lumière ne peut échapper à leur gravité - 200 fois plus grand que l'orbite de la Terre (ou cinq fois l'orbite de Pluton). C’est un chiffre époustouflant de 29 929 600 000 kilomètres ou 18 597 391 235 miles. Au-delà de l'horizon des événements, chacun a une influence gravitationnelle qui s'étend sur 4 000 années-lumière dans toutes les directions.
À titre de comparaison, le trou noir au centre de notre galaxie de la Voie lactée a un horizon d'événement à seulement un cinquième de l'orbite de Mercure - environ 11 600 000 kilomètres ou 7 207 905 milles. Ces trous noirs supermassifs sont 2500 fois plus massifs que les nôtres.
Gebhardt et Murphy ont découvert les trous noirs supermassifs en combinant les données de plusieurs sources. Les observations des télescopes Gemini et Keck ont révélé les parties les plus petites et les plus intérieures de ces galaxies tandis que les données du spectrographe George et Cynthia Mitchell sur le télescope Harlan J. Smith de 2,7 mètres ont révélé leurs régions les plus grandes et les plus éloignées.
Tout rassembler pour déduire la masse des trous noirs était un défi. «Nous avions besoin de simulations informatiques capables de s'adapter à de tels changements d'échelle», a déclaré Gebhardt. "Cela ne peut se faire que sur un supercalculateur."
Mais le gain ne se termine pas avec la découverte de ce centre galactique massif. La découverte a des implications beaucoup plus importantes. Il "nous dit quelque chose de fondamental sur la façon dont les galaxies se forment", a déclaré Gebhardt.
Ces trous noirs pourraient être les restes sombres de galaxies auparavant brillantes appelées quasars. L'univers primitif était plein de quasars, certains pensant avoir été alimentés par des trous noirs de 10 milliards de masses solaires ou plus. Les astronomes se demandent où ces centres galactiques supermassifs ont depuis disparu.
Gebhardt et Murphy ont peut-être trouvé un élément clé pour résoudre le mystère. Leurs deux trous noirs supermassifs pourraient éclairer la façon dont les trous noirs et leurs galaxies ont interagi depuis le début de l'univers. Ils peuvent être un lien manquant entre les quasars anciens et les trous noirs supermassifs modernes.
Source: Communiqué de presse de l'Observatoire McDonald.
