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Comment «semer» des trous noirs supermassifs dans le premier univers – Astronomy Now

Impression d'artiste d'un trou noir supermassif entouré d'un vaste disque de gaz et de poussière. Image: NASA / JPL-Caltech

Un point d'interrogation majeur sur l'évolution du premier univers est de savoir comment les trous noirs supermassifs ont réussi à se former au cours des 800 premiers millions d'années du Big Bang. Selon la sagesse conventionnelle, des trous noirs supermassifs se forment dans les régions centrales d'une galaxie et se développent principalement en captant le gaz environnant, un processus qui se produit sur de longues échelles de temps.

Mais le doctorant Lumen Boco et son conseiller Andrea Lapi, tous deux à la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (École internationale des études avancées) à Trieste, en Italie, disent qu'ils ont pu montrer, grâce à une analyse publiée dans The Astrophysical Journal, que des modèles antérieurs de croissance accélérée sont en fait possibles.

Ils ont commencé avec les premières galaxies, ancêtres de galaxies elliptiques plus évoluées, avec une teneur en gaz très élevée.

De telles galaxies auraient accueilli des vagues extrêmement intenses de formation précoce d'étoiles, donnant naissance à des soleils massifs qui ont rapidement brûlé à travers leur combustible nucléaire, ont explosé en explosions de supernova et se sont effondrés pour former des trous noirs de masse stellaire. Le gaz dense dans ces galaxies les aurait fait migrer vers l'intérieur vers le centre de leur galaxie hôte où ils pourraient fusionner pour former la «graine» d'un trou noir supermassif.

"Les plus grandes stars vivent peu de temps et évoluent très rapidement en trous noirs stellaires, aussi grands que plusieurs dizaines de masses solaires", écrivent Boco et Lapi. «Ils sont petits, mais beaucoup se forment dans ces galaxies. Nos calculs numériques montrent que le processus de migration dynamique et de fusion des trous noirs stellaires peut faire que la graine du trou noir supermassif atteigne une masse comprise entre 10 000 et 100 000 fois celle du Soleil en seulement 50-100 millions d'années. »

À partir d'une graine aussi massive initialement, la croissance du trou noir par accrétion de gaz environnant est accélérée, ce qui explique la présence de ces trous noirs massifs dans le premier univers.

«Partir d'une graine aussi grande que celle envisagée par notre mécanisme accélère la croissance globale du trou noir supermassif et permet sa formation… dans le jeune univers. Dans
Bref, à la lumière de cette théorie, nous pouvons affirmer que 800 millions d'années après le Big Bang, les trous noirs supermassifs pourraient déjà peupler le Cosmos. »

Bien que leur conclusion soit basée sur une analyse mathématique, Boco et Lapi disent que leur théorie peut être testée.

"La fusion de nombreux trous noirs stellaires avec la graine du trou noir supermassif au centre produira des ondes gravitationnelles, que nous espérons voir et étudier avec des détecteurs actuels et futurs", ont déclaré les chercheurs.

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