Quand deux galaxies entrent en collision, leurs trous noirs centraux se confondent, émettant des ondes gravitationnelles. Les astronomes théorisent qu'un effet de recul fait parfois sortir le trou noir fusionné de la galaxie tout en entraînant les étoiles proches pour le trajet. Des chercheurs du SRON et de l'Université Radboud ont maintenant prédit à quoi ressembleront ces clusters pour les identifier et prouver leur existence. Leurs conclusions sont publiées dans MNRAS .

Les astronomes pensent que toutes les galaxies massives abritent un trou noir central pesant des millions à des milliards de masses solaires. Des trous noirs plus petits pourraient être présents dans les noyaux des galaxies naines. Le trou noir central le plus connu est celui à l'intérieur de la galaxie M87, qui est devenu le premier jamais photographié en 2019.

Lorsque deux galaxies fusionnent, leurs étoiles se mélangeront pour la plupart sans se heurter, mais les deux trous noirs centraux fusionneront. La fusion produit des ondes gravitationnelles transportant des quantités extrêmes d'énergie, comparable à une bombe atomique avec la masse de plusieurs soleils. Vous pouvez imaginer que si cette énergie est rayonnée même légèrement asymétriquement, il y aura un recul dans l'autre sens, semblable à un astronaute tirant une arme dans l'espace. Si le recul est assez fort, le trou noir fusionné résultant est éjecté de sa propre galaxie. Toutes les étoiles qui y étaient liées par gravitation seront entraînées pour le trajet. C'est ainsi que les amas stellaires hypercompacts (HCSC) apparaissent, du moins selon la théorie ; ils n'ont pas encore été repérés dans la vraie vie.

Un groupe d'astronomes de l'Institut néerlandais de recherche spatiale SRON et de l'Université Radboud a estimé que les HCSC pourraient être cachés dans les bases de données existantes, y compris ceux du télescope Gaia et du Sloan Digital Sky Survey. Mais ils ont rapidement réalisé que personne n'avait fait de prédictions détaillées sur ce à quoi ils ressembleraient dans la base de données.

Alors, comme première étape de leur quête, ils ont maintenant fait leurs propres prédictions et les ont publiées dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . L'équipe, comprenant le premier auteur Davide Lena et le chef de groupe Peter Jonker, prédit les couleurs, images et spectres de HCSC spécialement adaptés à chaque base de données. Ils ont également calculé comment un amas apparaîtrait sur une image de télescope en deux dimensions.

Si les chercheurs parviennent à identifier le premier HCSC réel, ils peuvent déduire la vitesse de coup de pied qu'il a reçue du recul suite à la fusion des deux galaxies dont il a émergé. Léna dit, "Cela a déjà été calculé à partir de simulations d'ondes gravitationnelles, mais ceux-ci sont basés sur des théories qui doivent être confirmées par des observations."

Tout trou noir éjecté à la périphérie de la Voie Lactée aura été le résultat de fusions entre une galaxie naine et une jeune Voie Lactée qui était récemment repartie de zéro, construire un trou noir massif en son centre. Ainsi, ces trous noirs fusionnés ne devraient pas avoir plus qu'une masse intermédiaire ; entre des centaines et des centaines de milliers de masses solaires. "L'existence de trous noirs de masse intermédiaire est débattue, " dit Lena. " Si nous trouvons effectivement des HCSC, nous montrerons par la même occasion l'existence de trous noirs de masse intermédiaire. Nous pouvons ensuite le confirmer en mesurant la masse des trous noirs grâce à des observations spectroscopiques du HCSC."

Jonker dit, "Nous pensons que les fusions jouent un rôle important dans la formation de trous noirs massifs. Le satellite LISA de l'ESA, sera lancé en 2034, seront capables de détecter leurs ondes gravitationnelles. Entre autres, le SRON et l'Université Radboud devraient contribuer à la construction de ce fantastique satellite."