Les trous supermassifs sont généralement des objets fixes, assis au centre de la plupart des galaxies. Cependant, en utilisant les données de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et d'autres télescopes, les astronomes ont récemment traqué ce qui pourrait être un trou noir supermassif qui pourrait être en mouvement.

Ce trou noir renégat possible, qui contient environ 160 millions de fois la masse de notre Soleil, est situé dans une galaxie elliptique à environ 3,9 milliards d'années-lumière de la Terre. Les astronomes s'intéressent à ces trous noirs supermassifs en mouvement car ils pourraient en révéler davantage sur les propriétés de ces objets énigmatiques.

Ce trou noir a peut-être " reculé, " dans la terminologie utilisée par les scientifiques, lorsque deux trous noirs supermassifs plus petits sont entrés en collision et ont fusionné pour en former un encore plus grand. À la fois, cette collision aurait généré des ondes gravitationnelles qui émettaient plus fortement dans une direction que dans d'autres. Ce trou noir nouvellement formé aurait pu recevoir un coup de pied dans la direction opposée de ces ondes gravitationnelles plus fortes. Ce coup de pied aurait poussé le trou noir hors du centre de la galaxie, comme le montre l'illustration de l'artiste.

La force du coup de pied dépend de la vitesse et de la direction de rotation des deux plus petits trous noirs avant qu'ils ne fusionnent. Par conséquent, des informations sur ces propriétés importantes mais insaisissables peuvent être obtenues en étudiant la vitesse de recul des trous noirs.

Les astronomes ont trouvé ce candidat trou noir en recul en passant au crible des données radiographiques et optiques pour des milliers de galaxies. D'abord, ils ont utilisé les observations de Chandra pour sélectionner des galaxies contenant une source de rayons X brillante et ont été observées dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey (SDSS). L'émission de rayons X brillants est une caractéristique commune des trous noirs supermassifs qui se développent rapidement.

Prochain, les chercheurs ont cherché à voir si les observations du télescope spatial Hubble de ces galaxies brillantes aux rayons X révélaient deux pics près de leur centre dans l'image optique. Ces deux pics pourraient montrer qu'une paire de trous noirs supermassifs est présente ou qu'un trou noir en recul s'est éloigné de l'amas d'étoiles au centre de la galaxie.

Si ces critères étaient remplis, puis les astronomes ont examiné les spectres SDSS, qui montrent comment la quantité de lumière optique varie avec la longueur d'onde. Si les chercheurs ont trouvé des signatures révélatrices dans les spectres indiquant la présence d'un trou noir supermassif, ils ont poursuivi avec un examen encore plus approfondi de ces galaxies.

Après toutes ces recherches, un bon candidat pour un trou noir reculant a été découvert. L'image de gauche dans l'encart provient des données de Hubble, qui montre deux points brillants près du milieu de la galaxie. L'un d'eux est situé au centre de la galaxie et l'autre est situé à environ 3, 000 années-lumière du centre. Cette dernière source montre les propriétés d'un trou noir supermassif en croissance et sa position correspond à celle d'une source lumineuse de rayons X détectée avec Chandra (image de droite en médaillon). En utilisant les données du SDSS et du télescope Keck à Hawaï, l'équipe a déterminé que le trou noir en croissance situé à proximité, mais visiblement décalé de, le centre de la galaxie a une vitesse différente de celle de la galaxie. Ces propriétés suggèrent que cette source pourrait être un trou noir supermassif reculant.

La galaxie hôte du possible trou noir en recul montre également des signes de perturbation dans ses régions externes, ce qui indique qu'une fusion entre deux galaxies s'est produite dans un passé relativement récent. Comme on pense que les fusions de trous noirs supermassifs se produisent lorsque leurs galaxies hôtes fusionnent, cette information soutient l'idée d'un trou noir reculant dans le système.

De plus, les étoiles se forment à un rythme élevé dans la galaxie, à plusieurs centaines de fois la masse du Soleil par an. Ceci est en accord avec les simulations informatiques, qui prédisent que les taux de formation d'étoiles peuvent être améliorés pour les galaxies en fusion, en particulier celles contenant des trous noirs en recul.

Une autre explication possible des données est que deux trous noirs supermassifs sont situés au centre de la galaxie mais que l'un d'entre eux ne produit pas de rayonnement détectable car sa croissance est trop lente. Les chercheurs privilégient l'explication du trou noir en recul, mais davantage de données sont nécessaires pour renforcer leur argumentation.

Un article décrivant ces résultats a récemment été accepté pour publication dans The Journal d'astrophysique et est disponible en ligne. Le premier auteur est Dongchan Kim de l'Observatoire national de radioastronomie de Charlottesville, Virginie. 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.