Les astronomes ont identifié une récolte exceptionnelle de doubles trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Cette découverte pourrait aider les astronomes à mieux comprendre comment les trous noirs géants se développent et comment ils peuvent produire les signaux d'ondes gravitationnelles les plus puissants de l'Univers.

La nouvelle preuve révèle cinq paires de trous noirs supermassifs, chacun contenant des millions de fois la masse du Soleil. Ces couples de trous noirs se sont formés lorsque deux galaxies sont entrées en collision et ont fusionné, forçant leurs trous noirs supermassifs à se rapprocher.

Les paires de trous noirs ont été découvertes en combinant les données d'une série de différents observatoires, dont l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, le Wide-Field Infrared Sky Explorer Survey (WISE), et le grand télescope binoculaire au sol en Arizona.

"Les astronomes trouvent des trous noirs supermassifs uniques partout dans l'univers, " dit Shobita Satyapal, de l'Université George Mason à Fairfax, Virginie, qui a dirigé l'un des deux articles décrivant ces résultats. "Mais même si nous avons prédit qu'ils se développent rapidement lorsqu'ils interagissent, Les trous noirs supermassifs doubles croissants ont été difficiles à trouver. »

Avant cette étude, moins de dix paires confirmées de trous noirs en croissance étaient connues à partir d'études aux rayons X, basé principalement sur des détections fortuites. Pour effectuer une recherche systématique, l'équipe a dû soigneusement passer au crible les données des télescopes qui détectent différentes longueurs d'onde de la lumière.

En commençant par le projet Galaxy Zoo, les chercheurs ont utilisé les données optiques du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) pour identifier les galaxies où il semblait qu'une fusion entre deux galaxies plus petites était en cours. De cet ensemble, ils ont sélectionné des objets où la séparation entre les centres des deux galaxies dans les données SDSS est inférieure à 30, 000 années-lumière, et les couleurs infrarouges des données WISE correspondent à celles prédites pour un trou noir supermassif à croissance rapide.

Sept systèmes de fusion contenant au moins un trou noir supermassif ont été trouvés avec cette technique. Parce qu'une forte émission de rayons X est une caractéristique de la croissance des trous noirs supermassifs, Satyapal et ses collègues ont ensuite observé ces systèmes avec Chandra. Des paires de sources de rayons X étroitement séparées ont été trouvées dans cinq systèmes, fournissant des preuves convaincantes qu'ils contiennent deux trous noirs supermassifs en croissance (ou en alimentation).

Les données de rayons X de Chandra et les observations infrarouges suggèrent que les trous noirs supermassifs sont enfouis dans de grandes quantités de poussière et de gaz.

"Notre travail montre que combiner la sélection infrarouge avec le suivi aux rayons X est un moyen très efficace pour trouver ces paires de trous noirs, " a déclaré Sara Ellison de l'Université de Victoria au Canada, qui a dirigé l'autre article décrivant ces résultats. "Les rayons X et le rayonnement infrarouge sont capables de pénétrer les nuages ​​obscurcissants de gaz et de poussière entourant ces paires de trous noirs, et la vision acérée de Chandra est nécessaire pour les séparer".

L'article dirigé par Ellison a utilisé des données optiques supplémentaires de l'enquête Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) pour identifier l'une des nouvelles paires de trous noirs. Un membre de cette paire de trous noirs est particulièrement puissant, ayant la luminosité aux rayons X la plus élevée dans une paire de trous noirs observée par Chandra à ce jour.

Ce travail a des implications pour le domaine en plein essor de l'astrophysique des ondes gravitationnelles. Alors que les scientifiques utilisant le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) et l'interféromètre VIRGO ont détecté les signaux de fusion des trous noirs, ces trous noirs ont été de la plus petite variété pesant entre environ huit et 36 fois la masse du Soleil.

Les trous noirs fusionnants au centre des galaxies sont beaucoup plus gros. Lorsque ces trous noirs supermassifs se rapprochent encore plus, ils devraient commencer à produire des ondes gravitationnelles. La fusion éventuelle des deux trous noirs supermassifs en centaines de millions d'années forgerait un trou noir encore plus grand. Ce processus produirait une quantité étonnante d'énergie lorsqu'une partie de la masse serait convertie en ondes gravitationnelles.

"Il est important de comprendre à quel point les paires de trous noirs supermassifs sont courantes, pour aider à prédire les signaux pour les observatoires d'ondes gravitationnelles, " a déclaré Satyapal. " Avec les expériences déjà en place et celles à venir en ligne, c'est une période passionnante pour faire des recherches sur la fusion des trous noirs. Nous sommes aux premiers stades d'une nouvelle ère dans l'exploration de l'univers."

LIGO/VIRGO n'est pas capable de détecter les ondes gravitationnelles des paires de trous noirs supermassifs. Au lieu, des réseaux de synchronisation de pulsars tels que le North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) effectuent actuellement cette recherche. À l'avenir, le projet Laser Interferometer Space Antenna (LISA) pourrait également rechercher ces ondes gravitationnelles.

Quatre des candidats à deux trous noirs ont été signalés dans un article de Satyapal et al. qui a été récemment accepté pour publication dans The Journal d'astrophysique , et apparaît en ligne. L'autre candidat trou noir double a été signalé dans un article d'Ellison et al., qui a été publié dans le numéro de septembre 2017 du Avis mensuels de la Royal Astronomical Society et apparaît en ligne.