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Percée dans le déchiffrement de la naissance des trous noirs supermassifs

Percée dans le déchiffrement de la naissance des trous noirs supermassifs

"Sur la gauche, une image composite couleur du télescope spatial Hubble du centre de" Mirachs Ghost ". Sur la droite, la nouvelle image ALMA de cette même région, révélant la distribution du gaz froid et dense qui tourbillonne autour de ce centre de cet objet dans des détails exquis. " Crédit: Cardiff University

Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Université de Cardiff affirme qu'elle est plus proche de comprendre comment un trou noir supermassif (SMBH) est né grâce à une nouvelle technique qui leur a permis de zoomer sur l'un de ces objets cosmiques énigmatiques avec des détails sans précédent.


Les scientifiques ne savent pas si les SMBH se sont formées dans les conditions extrêmes peu de temps après le big bang, dans un processus appelé «  effondrement direct '', ou ont été cultivées beaucoup plus tard à partir de trous noirs «  semence '' résultant de la mort d'étoiles massives.

Si la première méthode était vraie, les SMBH naîtraient avec des masses extrêmement importantes – des centaines de milliers à des millions de fois plus massives que notre Soleil – et auraient une taille minimale fixe.

Si ce dernier était vrai, les SMBH commenceraient relativement petits, environ 100 fois la masse de notre Soleil, et commenceraient à s'agrandir au fil du temps en se nourrissant des étoiles et des nuages ​​de gaz qui vivent autour d'eux.

Les astronomes s'efforcent depuis longtemps de trouver les SMBH de masse la plus faible, qui sont les chaînons manquants nécessaires pour déchiffrer ce problème.

Dans une étude publiée aujourd'hui, l'équipe dirigée par Cardiff a repoussé les limites, révélant l'une des SMBH de masse la plus faible jamais observée au centre d'une galaxie voisine, pesant moins d'un million de fois la masse de notre soleil.

Le SMBH vit dans une galaxie connue sous le nom de "Mirach's Ghost", en raison de sa proximité avec une étoile très brillante appelée Mirach, ce qui lui donne une ombre fantomatique.

Les résultats ont été obtenus en utilisant une nouvelle technique avec le réseau Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), un télescope de pointe situé en haut du plateau de Chajnantor dans les Andes chiliennes qui est utilisé pour étudier la lumière de certains des plus froids objets dans l'Univers.

"Le SMBH dans Mirach's Ghost semble avoir une masse dans la plage prédite par les modèles" d'effondrement direct "", a déclaré le Dr Tim Davis de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff.

"Nous savons qu'il est actuellement actif et avale du gaz, donc certains des modèles les plus extrêmes d '" effondrement direct "qui ne font que des SMBH très massifs ne peuvent pas être vrais.

"Cela ne suffit pas à lui seul à faire la différence entre l'image" semence "et" l'effondrement direct "- nous devons comprendre les statistiques pour cela – mais c'est un pas de géant dans la bonne direction."

Les trous noirs sont des objets qui se sont effondrés sous le poids de la gravité, laissant derrière eux des régions de l'espace petites mais incroyablement denses d'où rien ne peut s'échapper, pas même la lumière.

Un SMBH est le plus grand type de trou noir qui peut représenter des centaines de milliers, voire des milliards de fois la masse du Soleil.

On pense que presque toutes les grandes galaxies, comme notre propre Voie lactée, contiennent une SMBH située en son centre.

"Des SMBH ont également été trouvés dans des galaxies très éloignées car ils sont apparus quelques centaines de millions d'années après le big bang", a déclaré le Dr Marc Sarzi, membre de l'équipe du Dr Davis de l'Armagh Observatory & Planetarium.

"Cela suggère qu'au moins certaines SMBH auraient pu devenir très massives en très peu de temps, ce qui est difficile à expliquer selon les modèles de formation et d'évolution des galaxies."

"Tous les trous noirs se développent lorsqu'ils avalent des nuages ​​de gaz et perturbent les étoiles qui s'aventurent trop près d'eux, mais certains ont une vie plus active que d'autres."

"La recherche des plus petites SMBH dans les galaxies voisines pourrait donc nous aider à révéler comment les SMBH commencent", a poursuivi le Dr Sarzi.

Dans leur étude, l'équipe internationale a utilisé des techniques inédites pour zoomer plus loin que jamais auparavant au cœur d'une petite galaxie voisine, appelée NGC404, leur permettant ainsi d'observer les nuages ​​de gaz tourbillonnants qui entouraient la SMBH en son centre.

Le télescope ALMA a permis à l'équipe de résoudre les nuages ​​de gaz au cœur de la galaxie, révélant des détails à seulement 1,5 années-lumière de diamètre, ce qui en fait l'une des cartes de gaz à la résolution la plus élevée jamais réalisée dans une autre galaxie.

Être capable d'observer cette galaxie avec une résolution aussi élevée a permis à l'équipe de surmonter une décennie de résultats contradictoires et de révéler la vraie nature de la SMBH au centre de la galaxie.

"Notre étude démontre qu'avec cette nouvelle technique, nous pouvons vraiment commencer à explorer à la fois les propriétés et les origines de ces objets mystérieux", a poursuivi le Dr Davis.

"S'il existe une masse minimale pour un trou noir supermassif, nous ne l'avons pas encore trouvée."

Les résultats de l'étude ont été publiés aujourd'hui dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.


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Plus d'information:
Timothy A Davis et al. Révélant le trou noir de masse intermédiaire au cœur de la galaxie naine NGC 404 avec des observations ALMA de résolution sous-parsec, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2020). DOI: 10.1093 / mnras / staa1567

Fourni par
Université de Cardiff

Citation:
Percée dans le décryptage de la naissance des trous noirs supermassifs (2020, 14 juillet)
récupéré le 14 juillet 2020
depuis https://phys.org/news/2020-07-breakthrough-deciphering-birth-supermassive-black.html

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