Les chercheurs de l’université de Calgary font partie d’un programme d’observation du cycle 1 dirigé par le Canada
Une équipe internationale d’astronomes , dont des chercheurs de l’Université de Calgary , a découvert deux trous noirs "monstrueux" étonnamment inhabituels, révélant de nouveaux indices spectaculaires sur la façon dont les galaxies se construisent et se déchirent.
Dans deux études, l’équipe a examiné la galaxie compacte NGC 4486B dans l’amas de la Vierge et a découvert qu’elle abritait un trou noir extraordinairement massif pesant environ 360 millions de fois la masse du soleil. Plus étonnant encore, le trou noir est légèrement décalé par rapport au centre de la galaxie, ce qui est inhabituel car les trous noirs sont généralement ancrés au milieu des galaxies qui les accueillent.
L’amas de la Vierge, situé à environ 55 millions d’années-lumière de la Terre, est un riche laboratoire pour l’étude de l’évolution des galaxies. Avec des milliers de galaxies membres, dont beaucoup sont en interaction active ou ont été récemment perturbées, il permet d’être aux premières loges pour observer les processus qui façonnent les galaxies au cours du temps cosmique.
Les résultats sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters dans trois articles distincts et sont basés sur des observations réalisées dans le cadre d’un programme d’observation du cycle 1 dirigé par le Canada et utilisant l’instrument NIRSpec du télescope spatial James Webb (JWST).
Un trou noir excentré
"La découverte de ce trou noir supermassif excentré, après la fusion, offre une rare opportunité d’étudier comment les fusions de trous noirs jouent un rôle dans leur croissance à l’échelle du temps cosmologique", explique Matthew Taylor , PhD, professeur adjoint au département de physique et d’astronomie et auteur principal de l’un des articles. "La capture de cette fusion si peu de temps après l’acte est également une occasion unique de voir comment les fusions sculptent les régions les plus internes de leurs galaxies hôtes."
Les astronomes savent depuis longtemps que presque toutes les grandes galaxies cachent en leur centre un trou noir supermassif, un poids lourd cosmique des millions à des milliards de fois plus massif que notre soleil. Plus remarquable encore, ces trous noirs semblent croître au même rythme que leurs galaxies hôtes, avec des relations étroites entre leurs masses, ce qui suggère qu’ils sont des moteurs essentiels de l’évolution des galaxies.
Sur la base de l’âge et des mouvements internes de NGC 4486B, l’équipe estime que, si les galaxies elles-mêmes ont fusionné il y a des milliards d’années, leurs deux trous noirs ont probablement mis beaucoup plus de temps à s’unir, n’achevant peut-être leur fusion finale qu’au cours des quelque 30 millions d’années qui viennent de s’écouler.
Un monstre énorme, une galaxie minuscule
Dans une autre étude, l’équipe s’est intéressée à l’un des plus petits types de galaxies connus : une galaxie naine ultra-compacte appelée UCD736. Il s’agit de systèmes stellaires denses qui brouillent la frontière entre les amas d’étoiles massifs et les galaxies dépouillées.
Grâce à la résolution spatiale du télescope, les chercheurs ont détecté un trou noir pesant environ deux millions de fois la masse du soleil au centre de UCD736. Pour une si petite galaxie, c’est étonnant. Le trou noir représente environ 8 % de la masse totale de la galaxie, toutes étoiles confondues, ce qui est bien supérieur à la fraction de 1 % observée dans les galaxies normales comme la Voie lactée.
Cela suggère que UCD736 était autrefois une galaxie beaucoup plus grande dont les couches extérieures ont été arrachées par l’environnement dynamique difficile de l’amas de la Vierge, laissant derrière elle son noyau dense et son trou noir central. Il s’agit également de la détection d’un trou noir supermassif dans le système stellaire le plus compact identifié à ce jour.
"L’instrument NIRSpec du JWST nous a donné l’occasion unique de rechercher des trous noirs supermassifs dans des galaxies plus petites et moins lumineuses que ne le permettaient les télescopes terrestres", explique Solveig Thompson, BSc’22, MSc’24, doctorante en physique et en astronomie à l’université de Calgary et membre de l’équipe qui a découvert la galaxie.
Ensemble, les deux galaxies démontrent que l’étude du "monstre" au cOEur d’une galaxie peut agir comme une capsule temporelle cosmique, en conservant des indices sur les processus violents qui façonnent les galaxies.
L’équipe prévoit de poursuivre l’étude de systèmes similaires dans l’amas de la Vierge et au-delà, afin de mieux tester les modèles d’évolution des galaxies et de découvrir d’autres monstres se cachant dans des endroits inattendus.
Le projet a bénéficié du soutien financier de l’Agence spatiale canadienne.
