Une image de la simulation informatique ROMULUS montrant une galaxie de masse intermédiaire, sa région centrale lumineuse avec son trou noir supermassif, et les emplacements (et les vitesses) des trous noirs supermassifs « errants » (ceux qui ne sont pas confinés au noyau ; le marqueur de 10 kpc correspond à une distance d'environ 31 000 années-lumière). Des simulations ont étudié l'évolution et l'abondance des trous noirs supermassifs errants; dans l'univers primitif, ils contiennent la majeure partie de la masse qui se trouve dans les trous noirs. Crédit :Ricarte et al, 2021
On pense que chaque galaxie massive abrite un trou noir supermassif (SMBH) en son centre. Sa masse est corrélée avec la masse des régions internes de son hôte (et aussi avec quelques autres propriétés), probablement parce que le SMBH grandit et évolue à mesure que la galaxie elle-même grandit, par des fusions avec d'autres galaxies et l'afflux de matière du milieu intergalactique. Lorsque la matière se dirige vers le centre galactique et s'accumule sur le SMBH, il produit un noyau galactique actif (AGN); les sorties ou d'autres retours de l'AGN agissent alors de manière perturbatrice pour éteindre la formation d'étoiles dans la galaxie. Les simulations cosmologiques modernes tracent désormais de manière cohérente la formation d'étoiles et la croissance SMBH dans les galaxies du début de l'univers à nos jours, confirmer ces idées.
Le processus de fusion entraîne naturellement des SMBH légèrement décalés par rapport au centre de la galaxie agrandie. Le chemin vers un seul, SMBH combiné est complexe. Parfois, un SMBH binaire est d'abord formé, puis fusionne progressivement en un seul. Une émission d'ondes gravitationnelles détectable peut être produite dans ce processus. Cependant, la fusion peut parfois stagner ou être interrompue, comprendre pourquoi est l'une des principales énigmes de l'évolution de SMBH. De nouvelles simulations cosmologiques avec le code ROMULUS prédisent que même après un milliard d'années d'évolution, certains SMBH ne rejoignent pas le noyau mais finissent plutôt par errer à travers la galaxie.
L'astronome du CFA Angelo Ricarte a dirigé une équipe de collègues caractérisant de tels trous noirs errants. En utilisant les simulations ROMULUS, l'équipe constate que dans l'univers d'aujourd'hui (c'est-à-dire, environ 13,7 milliards d'années après le big bang), environ dix pour cent de la masse des trous noirs pourraient être des vagabonds. Aux premiers temps de l'univers, deux milliards d'années après le big bang ou moins, ces vagabonds semblent être encore plus importants et contiennent la majeure partie de la masse dans les trous noirs. En effet, les scientifiques constatent qu'à ces premières époques, les vagabonds produisent également la plupart des émissions provenant de la population SMBH. Dans un article connexe, les astronomes explorent les signatures observationnelles de la population errante de SMBH.
La recherche a été publiée dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .
