Les astronomes ont repéré trois trous noirs géants dans une collision titanesque de trois galaxies. Plusieurs observatoires, y compris l'observatoire à rayons X Chandra et d'autres télescopes spatiaux de la NASA, capturé le système inhabituel.

"Nous ne cherchions que des paires de trous noirs à l'époque, et encore, grâce à notre technique de sélection, nous sommes tombés sur ce système incroyable, " a déclaré Ryan Pfeifle de l'Université George Mason à Fairfax, Virginie, le premier auteur d'un nouvel article dans The Journal d'astrophysique décrivant ces résultats. "C'est la preuve la plus solide à ce jour d'un tel triple système d'alimentation active de trous noirs supermassifs."

Le système est connu sous le nom de SDSS J084905.51+111447.2 (SDSS J0849+1114 en abrégé) et est situé à un milliard d'années-lumière de la Terre.

Pour découvrir ce rare tiercé de trou noir, les chercheurs devaient combiner les données des télescopes au sol et dans l'espace. D'abord, le télescope Sloan Digital Sky Survey (SDSS), qui balaie de larges pans du ciel à la lumière optique du Nouveau-Mexique, imagé SDSS J0849+1114. Avec l'aide de scientifiques citoyens participant à un projet appelé Galaxy Zoo, il a ensuite été étiqueté comme un système de galaxies en collision.

Puis, les données de la mission WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA ont révélé que le système brillait intensément dans la lumière infrarouge pendant une phase de la fusion des galaxies où plus d'un des trous noirs devrait s'alimenter rapidement. Pour donner suite à ces indices, les astronomes se sont ensuite tournés vers Chandra et le Large Binocular Telescope (LBT) en Arizona.

Les données de Chandra ont révélé des sources de rayons X - un signe révélateur de la consommation de matière par les trous noirs - aux centres lumineux de chaque galaxie lors de la fusion, exactement là où les scientifiques s'attendent à ce que les trous noirs supermassifs se trouvent. Chandra et le réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires de la NASA (NuSTAR) ont également trouvé des preuves de grandes quantités de gaz et de poussière autour de l'un des trous noirs, typique d'un système de trou noir en fusion.

Pendant ce temps, les données de lumière optique du SDSS et du LBT ont montré des signatures spectrales caractéristiques du matériau consommé par les trois trous noirs supermassifs.

"Les spectres optiques contiennent une mine d'informations sur une galaxie, " a déclaré la co-auteur Christina Manzano-King de l'Université de Californie, Bord de rivière. "Ils sont couramment utilisés pour identifier les trous noirs supermassifs qui s'accrétent activement et peuvent refléter l'impact qu'ils ont sur les galaxies qu'ils habitent."

L'une des raisons pour lesquelles il est difficile de trouver un triplet de trous noirs supermassifs est qu'ils sont susceptibles d'être enveloppés de gaz et de poussière, bloquant une grande partie de leur lumière. Les images infrarouges de WISE, les spectres infrarouges de LBT et les images radiographiques de Chandra contournent ce problème, parce que la lumière infrarouge et les rayons X percent les nuages ​​de gaz beaucoup plus facilement que la lumière optique.

« Grâce à l'utilisation de ces grands observatoires, nous avons identifié une nouvelle façon d'identifier les trous noirs triples supermassifs. Chaque télescope nous donne un indice différent sur ce qui se passe dans ces systèmes, " a déclaré Pfeifle. "Nous espérons étendre nos travaux pour trouver plus de triplets en utilisant la même technique."

"Les trous noirs doubles et triples sont extrêmement rares, " a déclaré le co-auteur Shobita Satyapal, aussi de George Mason, "mais de tels systèmes sont en fait une conséquence naturelle des fusions de galaxies, ce que nous pensons être la façon dont les galaxies grandissent et évoluent."

La fusion de trois trous noirs supermassifs se comporte différemment d'une simple paire. Lorsqu'il y a trois de ces trous noirs en interaction, une paire devrait fusionner dans un trou noir plus grand beaucoup plus rapidement que si les deux étaient seuls. Cela peut être une solution à une énigme théorique appelée "problème final du parsec, " dans lequel deux trous noirs supermassifs peuvent s'approcher à quelques années-lumière l'un de l'autre, mais auraient besoin d'une traction supplémentaire vers l'intérieur pour fusionner en raison de l'excès d'énergie qu'ils transportent dans leurs orbites. L'influence d'un troisième trou noir, comme dans SDSS J0849+1114, pourrait enfin les réunir.

Des simulations informatiques ont montré que 16% des paires de trous noirs supermassifs dans les galaxies en collision auront interagi avec un troisième trou noir supermassif avant de fusionner. De telles fusions produiront des ondulations dans l'espace-temps appelées ondes gravitationnelles. Ces ondes auront des fréquences inférieures à celles que l'observatoire d'ondes gravitationnelles interférométriques laser de la National Science Foundation (LIGO) et le détecteur d'ondes gravitationnelles européen Virgo peuvent détecter. Cependant, ils peuvent être détectables avec des observations radio de pulsars, ainsi que les futurs observatoires spatiaux, comme l'antenne spatiale interférométrique laser (LISA) de l'Agence spatiale européenne, qui détectera les trous noirs jusqu'à un million de masses solaires.