Les astronomes ont découvert ce qui peut arriver lorsqu'un trou noir géant n'intervient pas dans la vie d'un amas de galaxies. À l'aide de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et d'autres télescopes, ils ont montré que le comportement passif des trous noirs peut expliquer un torrent remarquable de formation d'étoiles se produisant dans un amas éloigné de galaxies.

Les amas de galaxies contiennent des centaines ou des milliers de galaxies imprégnées de chaleur, Gaz émettant des rayons X qui dépasse la masse combinée de toutes les galaxies. Les éjections de matière alimentées par un trou noir supermassif dans la galaxie centrale de l'amas empêchent généralement ce gaz chaud de se refroidir pour former un grand nombre d'étoiles. Ce chauffage permet aux trous noirs supermassifs d'influencer ou de contrôler l'activité et l'évolution de leur amas hôte.

Mais que se passe-t-il si ce trou noir cesse d'être actif ? L'amas de galaxies SpARCS104922.6+564032.5 (SpARCS1049 en abrégé) situé à 9,9 milliards d'années-lumière de la Terre fournit une réponse.

Sur la base des observations du télescope spatial Hubble et du télescope spatial Spitzer de la NASA, les astronomes avaient précédemment découvert que les étoiles se formaient à un taux extraordinaire d'environ 900 nouveaux Soleils de masse par an dans SpARCS1049. C'est plus de 300 fois plus rapide que la vitesse à laquelle notre galaxie, la voie Lactée, forme ses étoiles. (Au taux vu dans SpARCS1049, toutes les étoiles de la Voie lactée pourraient se former en seulement 100 millions d'années, ce qui est une courte période de temps par rapport à l'âge de notre Galaxie de plus de dix milliards d'années.)

"Cela me rappelle la vieille expression de 'quand le chat est parti, les souris joueront, '", a déclaré Julie Hlavacek-Larrodo de l'Université de Montréal au Canada, qui a dirigé l'étude. "Ici le chat, ou trou noir, est calme et les souris, ou des étoiles, sont très occupés."

Cette furieuse formation d'étoiles se produit vers 80, 000 années-lumière du centre de SpARCS1049 dans une région en dehors de l'une des galaxies de l'amas. Les astronomes se demandent :qu'est-ce qui cause ce cycle prodigieux de naissance d'étoiles ?

La réponse pourrait venir de nouvelles données Chandra révélant le comportement du gaz chaud dans SpARCS1049. Dans la plupart des clusters, la température du gaz est d'environ 65 millions de degrés. Cependant, sur le site de formation des étoiles, le gaz est plus dense que la moyenne et s'est refroidi à une température d'environ 10 millions de degrés seulement. La présence de ce gaz plus froid suggère que d'autres réservoirs de gaz non détectés se sont refroidis à des températures encore plus basses qui permettent la formation d'un grand nombre d'étoiles.

"Sans que le trou noir ne pompe activement de l'énergie dans son environnement, le gaz peut se refroidir suffisamment pour que ce taux impressionnant de formation d'étoiles puisse se produire, " a déclaré le co-auteur Carter Rhea, également de l'Université de Montréal. "Ce type de fermeture de trou noir peut être un moyen crucial pour la formation d'étoiles dans l'univers primitif."

Bien qu'il existe de nombreux exemples où l'énergie injectée par les trous noirs dans leur environnement est responsable de la réduction du taux de formation d'étoiles par des facteurs de dizaines ou de milliers ou plus, ces amas ne se trouvent généralement qu'à quelques centaines de millions d'années-lumière de la Terre et sont beaucoup plus anciens que SpARCS1049.

Dans le cas de SpARCS1049, les astronomes ne voient aucun signe qu'un trou noir supermassif dans la galaxie centrale attire activement la matière. Par exemple, il n'y a aucune preuve qu'un jet de matière s'éloigne du trou noir à des longueurs d'onde radio, ou d'une source de rayons X du milieu de la galaxie indiquant que la matière s'est chauffée en tombant vers un trou noir.

"De nombreux astronomes ont pensé que sans l'intervention d'un trou noir, la formation des étoiles deviendrait incontrôlable, " a déclaré la co-auteure Tracy Webb de McGill, qui a découvert SpARCS1049 pour la première fois en 2015 avec le télescope spatial Spitzer de la NASA. "Maintenant, nous avons la preuve observationnelle que c'est bien ce qui se passe."

Pourquoi le trou noir est-il si silencieux ? La différence de position observée entre le gaz le plus dense et la galaxie centrale pourrait en être la cause. Cela signifierait que le trou noir supermassif au centre de cette galaxie manque de carburant. La perte d'une source de combustible pour le trou noir évite les explosions et permet au gaz de se refroidir sans entrave, avec le gaz le plus dense se refroidissant le plus rapidement. Une explication de ce décalage est que deux amas de galaxies plus petits sont entrés en collision à un moment donné dans le passé pour créer SpARCS1049, éloigner le gaz le plus dense de la galaxie centrale.

Un article décrivant ces résultats a été publié dans The Lettres de revues astrophysiques .