Certaines relations sont écrites dans les étoiles. C'est certainement le cas pour les trous noirs supermassifs et leurs galaxies hôtes, selon une nouvelle étude de l'Université de Yale.

La "relation spéciale" entre les trous noirs supermassifs (SMBH) et leurs hôtes - quelque chose que les astronomes et les physiciens ont observé depuis un bon moment - peut maintenant être comprise comme un lien qui commence tôt dans la formation d'une galaxie et a son mot à dire sur la façon dont la galaxie et la SMBH en son centre grandissent avec le temps, notent les chercheurs.

Un trou noir est un point dans l'espace où la matière a été tellement compactée qu'elle crée une gravité intense. Cette gravité est suffisamment forte pour que même la lumière ne puisse échapper à sa force. Les trous noirs peuvent être aussi petits qu'un seul atome ou aussi gros que des milliards de kilomètres de diamètre. Les plus gros sont appelés trous noirs « supermassifs » et ont des masses égales à celles de millions, voire de milliards, de soleils.

Les SMBH se trouvent souvent au centre des grandes galaxies, y compris notre propre galaxie, la voie Lactée. Bien que l'on s'attend théoriquement à ce que les SMBH existent, les premiers indices d'observation ont été détectés dans les années 1960; plus tôt cette année, le télescope Event Horizon a publié la première silhouette d'un trou noir dans la galaxie Messier 87. Les astrophysiciens continuent de théoriser sur les origines des trous noirs, comment ils grandissent et brillent, et comment ils interagissent avec les galaxies hôtes dans différents environnements astronomiques.

"Il y a eu beaucoup d'incertitudes concernant la connexion SMBH-galaxie, en particulier si la croissance SMBH était plus étroitement liée au taux de formation d'étoiles ou à la masse de la galaxie hôte, " a déclaré l'astrophysicien de Yale Priyamvada Natarajan, chercheur principal de la nouvelle étude, qui paraît dans le journal Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . "Ces résultats représentent la preuve théorique la plus complète pour le premier - le taux de croissance des trous noirs semble être étroitement lié au taux auquel les étoiles se forment dans l'hôte."

Natarajan a apporté d'importantes contributions à notre compréhension de la formation, Assemblée, et la croissance des PME, par rapport à leur environnement. Son travail répond à la question sous-jacente de savoir si ces connexions sont de simples corrélations ou des signes de causalité plus profonde.

Natarajan et son équipe – le premier auteur Angelo Ricarte et Michael Tremmel de Yale et Thomas Quinn de l'Université de Washington – ont utilisé des ensembles sophistiqués de simulations pour faire la découverte. Appelé Romulus, la simulation cosmologique suit l'évolution de différentes régions de l'univers depuis juste après le Big Bang jusqu'à nos jours et comprend des milliers de galaxies simulées qui résident dans une grande variété d'environnements cosmiques.

Les simulations Romulus offrent l'instantané à la plus haute résolution de la croissance des trous noirs, fournir une vision totalement émergente et plus précise de la croissance des trous noirs dans un large éventail de galaxies hôtes, des galaxies les plus massives situées au centre des amas de galaxies - des régions très denses comme les centres-villes surpeuplés - aux galaxies naines beaucoup plus courantes qui habitent les banlieues les plus clairsemées.

« À une époque où les moteurs de la croissance des trous noirs ne sont pas clairs, ces simulations offrent une image simple. Ils grandissent simplement avec les étoiles indépendamment de la masse de la galaxie, l'environnement plus vaste, ou l'époque cosmique, " dit Ricarte, un ancien étudiant diplômé de Natarajan qui est maintenant boursier postdoctoral à Harvard.

L'une des conclusions les plus intéressantes de l'étude, Ricarte a noté, a à voir avec la façon dont les plus grands trous noirs de l'univers interagissent avec leurs galaxies hôtes au fil du temps. Les chercheurs ont découvert que les SMBH et leurs hôtes se développent en tandem, et que la relation est "autocorrective, " indépendant du type d'environnement qu'ils habitent.

"Si le SMBH commence à croître trop rapidement et devient trop grand pour sa maison galactique, des processus physiques assurent que sa croissance ralentit par rapport à la galaxie, " Expliqua Tremmel. " D'un autre côté, si la masse du SMBH est trop petite pour sa galaxie, le taux de croissance du SMBH augmente par rapport à la taille de la galaxie pour compenser."