Scientifiques du Centre d'Astrophysique | Harvard et Smithsonian, et la Black Hole Initiative (BHI), ont mis en lumière la croissance des trous noirs au fil du temps en développant un nouveau modèle pour prédire si la croissance par accrétion ou par fusion est dominante, selon les résultats d'une étude présentée aujourd'hui à la 236e réunion virtuelle de l'American Astronomical Society et publiée simultanément dans The Journal d'astrophysique .

Dr Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. Professeur de sciences à Harvard, et Dr Fabio Pacucci, astrophysicien et BHI &Clay Fellow au CfA, ont développé un modèle théorique pour déterminer le principal canal de croissance des trous noirs. Le modèle est valable de l'univers local jusqu'au redshift 10, ou à peu près de nos jours à environ 13 milliards d'années.

L'étude suggère que le principal canal de croissance dépend de la masse du trou noir et du redshift. Dans l'univers voisin, les petits trous noirs se développent principalement par accrétion, tandis que les très gros trous noirs se développent principalement via des fusions. Dans l'univers très lointain, il y a un renversement :les petits trous noirs se développent principalement par fusions, gros trous noirs par accrétion.

"Les trous noirs peuvent se développer de deux manières. Ils peuvent accumuler de la masse à partir de l'espace qui les entoure ou ils peuvent fusionner les uns avec les autres, formant un trou noir massif de plus, " a déclaré Pacucci. " Nous pensons actuellement que les premiers trous noirs ont commencé à se former approximativement avec la première population d'étoiles, il y a plus de 13,5 milliards d'années." La question est :comment ces "graines" se sont-elles développées pour former la très large population de trous noirs que les scientifiques détectent maintenant dans l'univers, des plus petits jusqu'aux très gros monstres que l'on observe briller de l'autre côté du cosmos ? Loeb a ajouté, "Nous pouvons contraindre leur histoire non seulement en détectant la lumière mais aussi grâce aux ondes gravitationnelles, les ondulations dans l'espace-temps que leurs fusions produisent."

Selon des études antérieures, les trous noirs qui se développent principalement par accrétion devraient tourner beaucoup plus rapidement sur leurs axes que ceux qui se développent principalement par fusion. "Comme le taux de rotation, ou tourner, affecte fondamentalement la façon dont la région autour d'un trou noir brille, L'étude de la principale modalité de croissance des trous noirs nous aide à mieux comprendre à quel point ces sources peuvent être brillantes. Nous savons déjà que la matière tombe vers l'horizon des événements des trous noirs et, à mesure qu'il accélère, ça chauffe aussi, et ce gaz commence à émettre des radiations, " dit Pacucci. " Plus un trou noir s'accumule, plus il sera brillant; c'est pourquoi nous sommes capables d'observer des objets lointains comme des trous noirs supermassifs. Ils sont un milliard de fois plus massifs que le soleil, et ils sont capables d'émettre d'énormes quantités de rayonnement afin que nous puissions les observer même à des milliards d'années-lumière. » Loeb a ajouté que même si leur environnement est sans gaz, « Les trous noirs peuvent croître en masse grâce à des fusions de galaxies. »

Trous noirs, et leur croissance, semblent jouer un rôle clé dans l'évolution des galaxies. "Nous pensons que chaque galaxie contient un trou noir massif en son centre, qui régule la formation des étoiles dans leur hôte, " a déclaré Pacucci. "Comprendre comment les trous noirs se sont formés, grandi et co-évolué avec les galaxies est fondamental pour notre compréhension et notre connaissance de l'univers, et avec cette étude, nous avons une pièce de plus du puzzle."

La prochaine génération d'observatoires spatiaux de rayons X et d'ondes gravitationnelles, dont Lynx, Athéna, AXIS et LISA - l'antenne spatiale de l'interféromètre laser - seront capables de détecter la plupart des trous noirs étudiés dans ce travail, jusqu'au tout premier univers. Les observations futures testeront le nouveau modèle et élargiront finalement les connaissances scientifiques de la population de trous noirs à travers le temps cosmique.

"Nous avons déjà testé notre modèle avec des données de trous noirs proches, obtenir des résultats très encourageants, " a déclaré Pacucci. "Notre objectif dans cette étude était de fournir à la communauté scientifique une théorie qui décrit comment les trous noirs ont pu se développer au cours de l'évolution de l'univers. Cela éclairera les décisions concernant les stratégies d'observation avec les futurs télescopes spatiaux, ainsi que de jeter les bases de modèles qui décrivent d'autres aspects de l'évolution de l'univers."

Loeb, trop, est optimiste pour l'avenir, « Nous trouvons des « bébés » étonnamment grands dans les pépinières cosmiques des trous noirs, mais au cours des prochaines décennies, nous découvrirons qui étaient leurs parents."