Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Université de Cardiff se dit plus près de comprendre comment un trou noir supermassif (SMBH) est né grâce à une nouvelle technique qui leur a permis de zoomer sur l'un de ces objets cosmiques énigmatiques avec des détails sans précédent.

Les scientifiques ne savent pas si les SMBH se sont formés dans des conditions extrêmes peu de temps après le big bang, dans un processus appelé « effondrement direct », ou ont été cultivés beaucoup plus tard à partir de trous noirs "graines" résultant de la mort d'étoiles massives.

Si la première méthode était vraie, Les SMBH naîtraient avec des masses extrêmement importantes – des centaines de milliers à des millions de fois plus massives que notre Soleil – et auraient une taille minimale fixe.

Si ce dernier était vrai, les SMBH seraient au départ relativement petits, environ 100 fois la masse de notre Soleil, et commencent à grossir avec le temps en se nourrissant des étoiles et des nuages ​​de gaz qui les entourent.

Les astronomes s'efforcent depuis longtemps de trouver les SMBH de masse les plus faibles, quels sont les chaînons manquants nécessaires pour déchiffrer ce problème.

Dans une étude publiée aujourd'hui, l'équipe dirigée par Cardiff a repoussé les limites, révélant l'un des SMBH de plus faible masse jamais observé au centre d'une galaxie proche, pesant moins d'un million de fois la masse de notre soleil.

Le SMBH vit dans une galaxie connue sous le nom de "Mirach's Ghost", en raison de sa proximité avec une étoile très brillante appelée Mirach, lui donnant une ombre fantomatique.

Les découvertes ont été faites en utilisant une nouvelle technique avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un télescope de pointe situé en hauteur sur le plateau de Chajnantor dans les Andes chiliennes, utilisé pour étudier la lumière de certains des objets les plus froids de l'Univers.

"Le SMBH dans Mirach's Ghost semble avoir une masse dans la plage prédite par les modèles" d'effondrement direct ", " a déclaré le Dr Tim Davis de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff.

"Nous savons qu'il est actuellement actif et qu'il avale du gaz, Ainsi, certains des modèles d'« effondrement direct » les plus extrêmes qui ne font que des SMBH très massifs ne peuvent pas être vrais.

"Cela ne suffit pas à lui seul pour faire définitivement la différence entre l'image de la 'graine' et 'l'effondrement direct' - nous devons comprendre les statistiques pour cela - mais c'est un pas énorme dans la bonne direction."

Les trous noirs sont des objets qui se sont effondrés sous le poids de la gravité, laissant derrière eux des régions d'espace petites mais incroyablement denses d'où rien ne peut s'échapper, même pas de lumière.

Un SMBH est le plus grand type de trou noir pouvant atteindre des centaines de milliers, sinon des milliards, fois la masse du Soleil.

On pense que presque toutes les grandes galaxies, comme notre propre Voie Lactée, contenir un SMBH situé en son centre.

"Des SMBH ont également été trouvés dans des galaxies très lointaines car elles sont apparues quelques centaines de millions d'années seulement après le big bang", a déclaré le Dr Marc Sarzi, membre de l'équipe du Dr Davis de l'Observatoire et planétarium d'Armagh.

"Cela suggère qu'au moins certains SMBH auraient pu devenir très massifs en très peu de temps, ce qui est difficile à expliquer selon les modèles de formation et d'évolution des galaxies."

"Tous les trous noirs se développent en avalant des nuages ​​de gaz et en perturbant les étoiles qui s'aventurent trop près d'eux, mais certains ont une vie plus active que d'autres."

« Rechercher les plus petits SMBH dans les galaxies proches pourrait donc nous aider à révéler comment les SMBH commencent, " a poursuivi le Dr Sarzi.

Dans leur étude, l'équipe internationale a utilisé de toutes nouvelles techniques pour zoomer plus loin au cœur d'une petite galaxie voisine, appelé NGC404, que jamais auparavant, leur permettant d'observer les nuages ​​de gaz tourbillonnant qui entouraient le SMBH en son centre.

Le télescope ALMA a permis à l'équipe de résoudre les nuages ​​de gaz au cœur de la galaxie, révélant des détails de seulement 1,5 années-lumière de diamètre, ce qui en fait l'une des cartes de gaz à la plus haute résolution jamais réalisée pour une autre galaxie.

Être capable d'observer cette galaxie avec une résolution aussi élevée a permis à l'équipe de surmonter une décennie de résultats contradictoires et de révéler la vraie nature du SMBH au centre de la galaxie.

"Notre étude démontre qu'avec cette nouvelle technique, nous pouvons vraiment commencer à explorer à la fois les propriétés et les origines de ces objets mystérieux, " a poursuivi le Dr Davis.

"S'il y a une masse minimale pour un trou noir supermassif, nous ne l'avons pas encore trouvé."

Les résultats de l'étude ont été publiés aujourd'hui dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .