Les scientifiques du MIT ont découvert un nouvel amas de galaxies tentaculaire caché à la vue de tous. La grappe, qui se trouve à seulement 2,4 milliards d'années-lumière de la Terre, est composé de centaines de galaxies individuelles et entoure un trou noir supermassif extrêmement actif, ou quasar.

Le quasar central porte le nom de PKS1353-341 et est intensément brillant - si brillant que pendant des décennies, les astronomes l'observant dans le ciel nocturne ont supposé que le quasar était tout à fait seul dans son coin de l'univers, brille comme une source de lumière solitaire depuis le centre d'une seule galaxie.

Mais comme l'équipe du MIT le rapporte aujourd'hui dans le Journal d'astrophysique , la lumière du quasar est si brillante qu'elle a obscurci des centaines de galaxies regroupées autour de lui.

Dans leur nouvelle analyse, les chercheurs estiment qu'il y a des centaines de galaxies individuelles dans l'amas, lequel, en tout, est à peu près aussi massive que 690 billions de soleils. Notre galaxie de la Voie Lactée, en comparaison, pèse environ 400 milliards de masses solaires.

L'équipe calcule également que le quasar au centre de l'amas est 46 milliards de fois plus brillant que le soleil. Son extrême luminosité est probablement le résultat d'une frénésie d'alimentation temporaire :comme un immense disque de matière tourbillonne autour du quasar, de gros morceaux de matière du disque tombent dedans et le nourrissent, provoquant le trou noir à émettre d'énormes quantités d'énergie sous forme de lumière.

« Cela pourrait être une phase de courte durée que les clusters traversent, où le trou noir central a un repas rapide, devient brillant, puis s'efface à nouveau, " déclare l'auteur de l'étude Michael McDonald, professeur adjoint de physique à l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT. "Cela pourrait être un blip que nous venons de voir. Dans un million d'années, cela pourrait ressembler à une boule de fuzz diffuse."

McDonald et ses collègues pensent que la découverte de cet amas caché montre qu'il pourrait y avoir d'autres amas de galaxies similaires cachés derrière des objets extrêmement brillants que les astronomes ont catalogués à tort comme des sources lumineuses uniques. Les chercheurs recherchent maintenant des amas de galaxies plus cachés, qui pourraient être des indices importants pour estimer la quantité de matière qu'il y a dans l'univers et à quelle vitesse l'univers s'étend.

Les co-auteurs de l'article incluent l'auteur principal et étudiant diplômé du MIT Taweewat Somboonpanyakul, Henry Lin de l'Université de Princeton, Brian Stalder du Large Synoptic Survey Telescope, et Antony Stark du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Fluffs ou points

En 2012, McDonald et d'autres ont découvert le cluster Phoenix, l'un des amas de galaxies les plus massifs et les plus lumineux de l'univers. Le mystère pour McDonald était pourquoi ce cluster, qui était si intensément brillant et dans une région du ciel qui est facilement observable, n'avait pas été trouvé auparavant.

"Nous avons commencé à nous demander pourquoi nous ne l'avions pas trouvé plus tôt, car il est très extrême dans ses propriétés et très brillant, " dit McDonald. " C'est parce que nous avions des idées préconçues sur ce à quoi devrait ressembler un cluster. Et ceci n'était pas conforme à cela, donc nous l'avons raté."

Pour la plupart, il dit que les astronomes ont supposé que les amas de galaxies ont l'air "duveteux, " émettant un signal très diffus dans la bande des rayons X, contrairement à plus lumineux, sources ponctuelles, qui ont été interprétés comme des quasars ou des trous noirs extrêmement actifs.

"Les images sont soit tous points, ou des peluches, et les peluches sont ces boules géantes de gaz chaud d'un million d'années-lumière que nous appelons amas, et les points sont des trous noirs qui accumulent du gaz et brillent alors que ce gaz s'enroule, " dit McDonald. " Cette idée que vous pourriez avoir un trou noir s'accrétant rapidement au centre d'un amas, nous ne pensions pas que c'était quelque chose qui se produisait dans la nature. "

Mais la découverte de Phoenix a prouvé que les amas de galaxies pouvaient en effet héberger des trous noirs immensément actifs, incitant McDonald à se demander :pourrait-il y avoir d'autres amas de galaxies proches qui ont été simplement mal identifiés ?

Un mangeur extrême

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont mis en place une enquête nommée CHiPS, pour les grappes cachées à la vue, qui est conçu pour réévaluer les images radiographiques prises dans le passé.

"Nous partons de données d'archives de sources ponctuelles, ou des objets qui étaient super brillants dans le ciel, " explique Somboonpanyakul. " Nous recherchons des sources ponctuelles à l'intérieur de choses duveteuses. "

Pour chaque source ponctuelle précédemment identifiée, les chercheurs ont noté leurs coordonnées puis les ont étudiées plus directement à l'aide du télescope de Magellan, un puissant télescope optique qui se trouve dans les montagnes du Chili. S'ils ont observé un nombre plus élevé que prévu de galaxies entourant la source ponctuelle (un signe que le gaz peut provenir d'un amas de galaxies), les chercheurs ont à nouveau examiné la source, en utilisant l'observatoire spatial Chandra X-Ray de la NASA, pour identifier une extension, source diffuse autour de la source ponctuelle principale.

"Environ 90 pour cent de ces sources se sont avérées ne pas être des clusters, " dit McDonald. " Mais ce qui est amusant, c'est que, le petit nombre de choses que nous trouvons sont en quelque sorte des enfreintes de règles."

Le nouveau document rapporte les premiers résultats de l'enquête CHiPS, qui a jusqu'à présent confirmé un nouvel amas de galaxies hébergeant un trou noir central extrêmement actif.

"La luminosité du trou noir pourrait être liée à la quantité de nourriture qu'il mange, " dit McDonald. " C'est des milliers de fois plus lumineux qu'un trou noir typique au centre d'un amas, il est donc très extrême dans son alimentation. Nous n'avons aucune idée depuis combien de temps cela dure ou va continuer. Trouver plus de ces choses nous aidera à comprendre, est-ce un processus important, ou juste une chose étrange dont il n'y en a qu'une dans l'univers."

L'équipe prévoit de passer au peigne fin davantage de données de rayons X à la recherche d'amas de galaxies qui auraient pu être manqués la première fois.

« Si l'enquête CHiPS peut en trouver suffisamment, nous pourrons déterminer le taux spécifique d'accrétion sur le trou noir où il passe de la génération principale de rayonnement à la génération d'énergie mécanique, les deux formes principales de

production d'énergie des trous noirs, " dit Brian McNamara, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Waterloo, qui n'a pas participé à la recherche. "Cet objet particulier est intéressant car il va à l'encontre de la tendance. Soit la masse du trou noir supermassif central est beaucoup plus faible que prévu, ou la structure du flux d'accrétion est anormale. Les excentriques sont ceux qui nous apprennent le plus. »

En plus de faire la lumière sur l'alimentation d'un trou noir, ou comportement d'accrétion, la détection de plus d'amas de galaxies peut aider à estimer à quelle vitesse l'univers s'étend.

"Prenez par exemple, le Titanic, " dit McDonald. " Si vous savez où les deux plus gros morceaux ont atterri, vous pouvez les cartographier en arrière pour voir où le navire a heurté l'iceberg. De la même manière, si vous savez où se trouvent tous les amas de galaxies dans l'univers, qui sont les plus gros morceaux de l'univers, et combien ils sont grands, et vous avez des informations sur ce à quoi ressemblait l'univers au début, que nous connaissons depuis le Big Bang, alors vous pourriez tracer la façon dont l'univers s'est développé."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.