Lorsqu’une fusion de galaxies se produit entre deux galaxies riches en gaz, toutes les étoiles et tous les gaz des galaxies deviennent très serrés. Cet environnement force les trous noirs supermassifs du centre de la galaxie à se rassembler.
"Pour la première fois, nous avons montré comment des trous noirs supermassifs peuvent se lier rapidement lors de fusions de galaxies riches en gaz", explique l'auteur principal, le Dr Michael Tremmel de l'ICRAR.
"Nous avons découvert que les environnements stellaires des galaxies riches en gaz permettent aux trous noirs supermassifs de se rapprocher les uns des autres et, en même temps, le gaz contenu dans ces environnements élimine suffisamment d'énergie pour permettre aux trous noirs supermassifs de se lier."
Les mécanismes de liaison des trous noirs supermassifs lors de fusions majeures se répartissent traditionnellement en deux catégories :la « relaxation violente » et la « friction dynamique ».
"La relaxation violente décrit un scénario dans lequel un trou noir supermassif binaire se trouve dans une pointe stellaire froide qui secoue violemment les trous noirs centraux pour se lier", explique le co-auteur, le Dr Duncan Forgan, de l'ICRAR.
"Cependant, nous avons constaté que même pour les galaxies très massives avec des environnements stellaires centraux très denses, les temps de relaxation sont trop longs, l'environnement stellaire détruisant le système binaire de trous noirs supermassifs initial avant que la liaison n'ait lieu."
L'autre mécanisme est le frottement dynamique. Ceci décrit le lent transfert d’énergie et d’élan d’un trou noir supermassif central vers les étoiles environnantes.
"La friction dynamique n'est efficace que si le trou noir supermassif central est entouré d'un amas d'étoiles compact", explique le Dr Tremmel.
"Comme de nombreuses galaxies possèdent des trous noirs supermassifs centraux, qui ne sont pas intégrés dans des amas d'étoiles compacts, nous avons réalisé que nous devions déterminer s'il existait un autre moyen pour que les trous noirs supermassifs fusionnent rapidement."
Pour leurs simulations, les chercheurs ont utilisé le code à N corps GAEA, particulièrement adapté à la modélisation des fusions de galaxies riches en gaz.
"Alors que les travaux précédents étaient limités par la résolution informatique et ne pouvaient donc résoudre que partiellement ces environnements stellaires denses, nous utilisons une nouvelle technique de zoom qui nous permet de résoudre ces régions avec des détails sans précédent", explique le co-auteur, le professeur Lucio Mayer, également de ICRAR.
"Nous avons découvert que les fusions de galaxies riches en gaz peuvent très rapidement produire des environnements stellaires extrêmement denses autour des trous noirs supermassifs en fusion et que cet environnement dense peut rapidement drainer l'énergie du système binaire, provoquant la liaison des trous noirs supermassifs en 100 millions d'années environ."
Cette recherche a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters.
