L'image provient du Chandra Deep Field-South. Le champ complet couvre une région approximativement circulaire du ciel avec une superficie d'environ les deux tiers de celle de la pleine lune. Cependant, les régions externes de l'image, où la sensibilité à l'émission de rayons X est plus faible, ne sont pas représentés ici. Les couleurs de cette image représentent différents niveaux d'énergie des rayons X détectés par Chandra. Ici, les rayons X de plus faible énergie sont rouges, la bande moyenne est verte, et les rayons X de plus haute énergie observés par Chandra sont bleus. La région centrale de cette image contient la plus forte concentration de trous noirs supermassifs jamais vue, équivalent à environ 5, 000 objets qui entreraient dans la zone de la pleine lune et environ un milliard sur tout le ciel. Crédit :Rayons X :NASA/CXC/Penn State/B. Luo et al
Une image sans précédent de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA donne à une équipe internationale d'astronomes le meilleur aperçu à ce jour de la croissance des trous noirs sur des milliards d'années commençant peu après le Big Bang. Il s'agit de l'image radiographique la plus profonde jamais obtenue, collecté avec environ 7 millions de secondes, ou 11 semaines et demie, du temps d'observation de Chandra.
L'image provient de ce qu'on appelle le Chandra Deep Field-South. La région centrale de l'image contient la plus forte concentration de trous noirs supermassifs jamais vue, équivalent à environ 5, 000 objets qui entreraient dans la zone de la pleine Lune et environ un milliard sur tout le ciel.
"Avec cette photo incroyable, nous pouvons explorer les premiers jours des trous noirs dans l'Univers et voir comment ils changent sur des milliards d'années, " dit Niel Brandt, le professeur Verne M. Willaman d'astronomie et d'astrophysique, et professeur de physique, État de Penn, qui a dirigé une équipe d'astronomes étudiant l'image profonde.
Environ 70% des objets de la nouvelle image sont des trous noirs supermassifs, dont la masse peut aller d'environ 100, 000 à 10 milliards de fois la masse du Soleil. Le gaz tombant vers ces trous noirs devient beaucoup plus chaud à l'approche de l'horizon des événements, ou point de non-retour, produisant une émission lumineuse de rayons X.
"Il peut être très difficile de détecter les trous noirs dans l'univers primitif car ils sont si éloignés et ils ne produisent des rayonnements que s'ils attirent activement la matière, " a déclaré le membre de l'équipe Bin Luo, professeur d'astronomie et de sciences spatiales, Université de Nankin. "Mais en regardant assez longtemps avec Chandra, nous pouvons trouver et étudier un grand nombre de trous noirs en croissance, dont certains apparaissent peu de temps après le Big Bang."
La nouvelle image à rayons X ultra-profond permet aux scientifiques d'explorer des idées sur la façon dont les trous noirs supermassifs se sont développés environ un à deux milliards d'années après le Big Bang. En utilisant ces données, les chercheurs ont montré que ces trous noirs dans l'Univers primitif se développent principalement par rafales, plutôt que par la lente accumulation de matière.
Les chercheurs ont également trouvé des indices selon lesquels les graines des trous noirs supermassifs peuvent être "lourdes" avec des masses d'environ 10, 000 à 100, 000 fois celle du Soleil, plutôt que des graines légères avec environ 100 fois la masse du Soleil. Cela répond à un mystère important en astrophysique sur la façon dont ces objets peuvent croître si rapidement pour atteindre des masses d'environ un milliard de fois le Soleil dans l'Univers primitif.
Ils ont également détecté des rayons X provenant de galaxies massives à des distances allant jusqu'à environ 12,5 milliards d'années-lumière de la Terre. La plupart des émissions de rayons X des galaxies les plus éloignées proviennent probablement de grandes collections de trous noirs de masse stellaire au sein des galaxies. Ces trous noirs sont formés à partir de l'effondrement d'étoiles massives et pèsent généralement quelques à quelques dizaines de fois la masse du Soleil.
"En détectant les rayons X de galaxies aussi lointaines, nous en apprenons davantage sur la formation et l'évolution de la masse stellaire et des trous noirs supermassifs au début de l'Univers, " a déclaré Fabio Vito, membre de l'équipe, chercheur postdoctoral en astronomie et astrophysique, État de Penn. "Nous revenons à l'époque où les trous noirs étaient dans des phases cruciales de croissance, semblable aux nourrissons et aux adolescents affamés.
Pour réaliser cette étude, l'équipe a combiné les données de rayons X de Chandra avec les données très profondes du télescope spatial Hubble sur la même parcelle de ciel. Ils ont étudié l'émission de rayons X de plus de 2, 000 galaxies identifiées par Hubble et situées entre environ 12 et 13 milliards d'années-lumière de la Terre.
Des travaux supplémentaires utilisant Chandra et les futurs observatoires à rayons X seront nécessaires pour apporter une solution définitive au mystère de la façon dont les trous noirs supermassifs peuvent atteindre rapidement de grandes masses. Un plus grand échantillon de galaxies lointaines proviendra d'observations avec le télescope spatial James Webb, étendre l'étude de l'émission de rayons X des trous noirs à des distances encore plus grandes de la Terre.
Les chercheurs ont présenté leurs résultats aujourd'hui (5 janvier) lors de la 229e réunion de l'American Astronomical Society à Grapevine, Texas. Un article sur la croissance des trous noirs dans l'Univers primordial, dirigé par Fabio Vito, a été publié dans le 10 août, 2016, question de la Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . Une étude menée par Bin Luo a récemment été acceptée pour publication dans Le Journal d'Astrophysique Série Supplément.
Le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, gère le programme Chandra pour la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington. L'observatoire d'astrophysique Smithsonian à Cambridge, Massachusetts, contrôle les opérations scientifiques et aériennes de Chandra.
Penn State et MIT, sous la direction de Gordon Garmire, Evan Pugh professeur émérite d'astronomie, État de Penn, développé l'instrument ACIS pour la NASA.
