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L'origine du «  fantôme de Mirach '' laisse perplexe les scientifiques du trou noir

À environ 10 millions d'années-lumière de la Terre, une galaxie floue nommée Mirach's Ghost peut aider à percer un mystère sombre: d'où proviennent les plus grands trous noirs de l'univers. Mais cette galaxie fantomatique a également approfondi le mystère entourant la naissance de ces objets.

Un trou noir est une singularité, une région en espace-temps où la matière est devenue trop dense pour se maintenir et s'est effondrée en un point informe. Les trous noirs supermassifs (SMBH) sont des monstres cosmiques, pesant souvent des milliards de fois la masse de notre soleil, par rapport à la masse des étoiles lourdes qui forment des trous noirs ordinaires. Ils sont assis au centre de grandes galaxies, aspirant du gaz et fouettant les étoiles avec leur immense gravité. Il y en a un au centre de la Voie lactée et un encore plus grand au centre de la Vierge Une galaxie qui les astronomes ont photographié. Mais on ne sait toujours pas comment ces objets gigantesques se sont formés.

Les physiciens pensent qu'il y a deux possibilités: peut-être que les SMBH sont des caractéristiques anciennes de l'univers, des objets qui se sont effondrés directement hors de la masse chaude coulant dans l'espace après le Big Bang. Ou peut-être qu'ils se sont formés comme tous les autres trous noirs de l'univers: à la suite des détonations d'étoiles mourantes. Si cette dernière explication était correcte, les SMBH auraient commencé petit et auraient pris une masse supplémentaire au cours des éons en engloutissant la poussière et d'autres étoiles.

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"Le problème est que dans les deux cas, la plupart des trous noirs ont considérablement augmenté depuis leur naissance, engloutissant des nuages ​​de gaz et de poussière qui tourbillonnent autour d'eux", a déclaré Timothy Davis, astrophysicien à l'Université de Cardiff au Pays de Galles. "Cela les rend plus lourds et rend difficile la détermination de la masse avec laquelle ils ont commencé leur vie."

Davis et ses collègues sont donc partis à la recherche des plus petites SMBH qu'ils pouvaient trouver.

Ces petits supermassifs, a-t-il déclaré à Live Science, "n'ont pas eu la chance de consommer de grandes quantités de matériel dans leur passé, (donc en les étudiant, nous sommes sur le point de révéler à quoi les SMBH devaient ressembler quand ils ont été formés").

Les chercheurs ont étudié le SMBH au centre de la galaxie "Mirach's Ghost" (ainsi nommé parce que de Terre la galaxie ressemble à une apparition près de l'étoile Mirach), utilisant une nouvelle technique pour déterminer sa masse.

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S'appuyant sur les données de l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) au Chili, les chercheurs ont mesuré la vitesse du monoxyde de carbone gazeux alors qu'il tourbillonnait vers le SMBH au centre de la galaxie fantôme de Mirach.

"Tout comme l'eau circulant autour d'un trou de prise, ce gaz va de plus en plus vite à l'approche du trou noir", a déclaré Davis.

Ce tourbillonnement est un produit de la masse du trou noir, donc la vitesse du tourbillonnement – mesurée avec précision – peut dire aux chercheurs combien pèse le trou noir. Les images d'ALMA, avec une résolution de 1,5 années-lumière (très détaillées pour un objet aussi éloigné), ont rendu cela possible. Ce SMBH, ont-ils découvert, a une masse inférieure à 1 million de fois celle de notre soleil – un bébé selon les normes SMBH. Sur la base des estimations de sa croissance depuis sa naissance, il pesait probablement moins de 500 000 fois la masse de notre soleil à sa naissance, a déclaré Davis.

Cela ne prouve pas que les histoires d'origine soient correctes, ont découvert les chercheurs. Mais cela fait quelque peu pencher la balance contre le modèle de l'effondrement direct, excluant entièrement les versions plus extrêmes de la théorie de l'effondrement direct. Certaines théories de l'effondrement direct ne permettent pas du tout aux PME de se former.

Pourtant, l'origine des trous noirs est un mystère. Un problème: d'autres observations ont montré que de très grandes SMBH existaient sous leur forme actuelle très peu de temps après le Big Bang, ce qui défie nos hypothèses sur la vitesse à laquelle les trous noirs peuvent se développer.

"Nous connaissons deux façons principales de fabriquer des SMBH, et aucune de celles-ci ne peut créer directement des trous noirs de cette taille. Au lieu de cela, ils doivent être nés plus petits et avoir atteint ces tailles prodigieuses. C'est vraiment difficile à faire, car il y a une limite. à combien un trou noir peut avaler dans le temps disponible depuis la création de l'univers ", a déclaré Davis. «Notre travail renforce ce problème. Nous avons montré que quel que soit le mécanisme qui fait des SMBH, ils peuvent avoir une masse inférieure à 500 000 fois la masse de notre soleil à leur naissance.

Bien que cela fasse pencher la balance contre la théorie de l'effondrement direct, aucune de ces théories n'offre de bonnes explications sur l'origine d'une si petite SMBH. La réponse éventuelle impliquera probablement des modifications importantes à l'un des modèles dont disposent actuellement les physiciens.

Alors maintenant, les physiciens savent un peu plus à quoi ressemblent les jeunes SMBH. Mais ils ne savent toujours pas d'où ils viennent. L'article décrivant le trou noir au centre du fantôme de Mirach a été publié aujourd'hui (14 juillet) dans la revue Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

Publié à l'origine sur Live Science.

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