Simulation informatique de la formation d'un proto-amas de galaxies. Les trous noirs supermassifs pourraient avoir joué un rôle important dans la formation de ces structures au début de l'Univers. Crédit :Collaboration TNG.
On pense que la formation et la croissance de la plupart des galaxies à travers l'histoire de l'univers ont été alimentées par des trous noirs supermassifs se développant avec leur galaxie hôte alors qu'ils collectent de la matière pour atteindre des millions de masses solaires. Chasser les premiers stades de ces objets extrêmes fait partie des missions des futurs télescopes puissants.
Une nouvelle estimation complète a maintenant été présentée dans une étude menée par des chercheurs de l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA). L'étude prédit le nombre de très jeunes galaxies avec des trous noirs supermassifs actifs à leurs noyaux qui auraient dû exister lorsque l'univers avait moins de 7 pour cent de son âge actuel, et qui sont à la portée des futurs radiotélescopes et radiotélescopes déjà en construction. Il a été publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , et présenté cette semaine à la réunion SPARCS IX, où la science et la technologie du futur radiotélescope Square Kilometer Array (SKA) sont en cours de discussion.
Les résultats pourraient guider les plans d'observation les plus efficaces pour le SKA et pour l'observatoire spatial à rayons X Athena de l'ESA. Les deux observatoires seront utilisés pour approfondir la même période de l'histoire de l'univers explorée par cette étude.
"Comme il y a une longue attente jusqu'à ce qu'Athena et SKA soient disponibles pour la science, il est temps de modifier leurs objectifs pour le mieux, " dit Stergios Amarantidis, de l'IA et de la Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), le premier auteur de l'article. "Par exemple, un ancien livre blanc d'Athena mentionne une prédiction d'un ordre de grandeur de moins de trous noirs supermassifs que ce que nous avons trouvé. Ils utiliseront leurs résultats pour faire un plan préliminaire pour les enquêtes futures. Nos résultats peuvent désormais être utilisés pour améliorer la stratégie et préparer des enquêtes plus efficaces. »
Les auteurs étendent les travaux antérieurs effectués par d'autres dans la partie visible et à rayons X du spectre en ajoutant des prédictions pour les observations radio et rayons X, et pour l'univers plus lointain. Dans ce contexte, Les rayons X sont produits par une matière très chaude qui s'enroule extrêmement rapidement lorsqu'elle tombe sur le trou noir, et signalent les galaxies dont le centre fait face à la Terre. Émissions radio, d'autre part, signalent fréquemment des galaxies vues par la tranche, et sont produits par de puissants jets de particules éjectés loin du trou noir et interagissant avec le gaz à l'extérieur de la galaxie.
En utilisant huit modèles informatiques développés par d'autres équipes et en appliquant les connaissances actuelles sur l'évolution des galaxies, les chercheurs ont prédit que dans une zone du ciel de la taille de la pleine lune, Athena sera capable de repérer l'activité des rayons X à partir d'environ 2, 500 trous noirs supermassifs au cœur de très jeunes galaxies de l'univers primitif. Les résultats suggèrent que les émissions radio seront moins abondantes à ces âges précoces, mais des télescopes puissants comme le SKA pourront toujours identifier des dizaines de ces sources dans la même zone du ciel.
Les modèles informatiques ont été développés et affinés à l'aide de quelles observations des environnements où évoluent les galaxies dans l'univers proche. Une des limites des modèles, en témoigne cette étude, est leur faible capacité à prédire le petit nombre, très lumineux, centres galactiques actifs déjà connus pour exister à des époques reculées. Augmenter la taille des simulations et les ressources de calcul est nécessaire pour surmonter cette limitation et bien comprendre comment les premières galaxies et trous noirs supermassifs sont apparus et ont évolué.
"Ce travail met en évidence les pouvoirs prédictifs des modèles actuels de pointe de la formation des galaxies, et nous guidera pour mieux utiliser les puissants télescopes en construction, " dit José Afonso, de l'IA et de la FCUL, et deuxième auteur de l'article. "À la fois, il montre également où notre compréhension des premières galaxies actives doit encore être améliorée, quelque chose qui exigera tous nos efforts d'observation au cours des prochaines années. L'univers primitif est encore largement difficile à expliquer."
