jeudi 29 novembre 2012

NGC1277 : 17 Milliards de Masses Solaires pour un Trou Noir

On le sait, la plupart des galaxies massives possèdent un trou noir supermassif en leur centre, et la masse de ce trou noir est censée être correlée avec les propriétés du bulbe de la galaxie-hôte.
Les différentes observations ont montré une masse moyenne du trou noir de l'ordre de 0,1% de la masse du bulbe stellaire de la galaxie.
Jusqu'à aujourd'hui, la galaxie possèdant le trou noir le plus massif par rapport à son bulbe était une petite galaxie nommée NGC4486B. Ce record vient d'être complètement pulvérisé par la découverte d'un trou noir
fantastique représentant pas moins de 59% de la masse du bulbe galactique. Ce trou noir pèse 17 milliards de masses solaires !

L'équipe germano-américaine qui vient de publier sa découverte dans Nature cette semaine a étudié la cinématique stellaire de galaxies compactes et notamment NGC 1277, une galaxie lenticulaire compacte située à 238 millions d'années-lumières, qui a une masse de 120 milliards de masses solaires.
Ils sont parvenu à calculer la masse de son trou noir supermassif (allez, disons hypermassif), et elle vaut 17 (dix-sept) milliards de masses solaires...
NGC 1277, vue par le Hubble Space Telescope (HST)
Pour déduire la masse centrale d'une galaxie, les astronomes ont observé les dispersions de vitesses des étoiles vers le centre de la galaxie. Ils ont utilisé pour cela l'instrument de spectrographie Marcario Low Resolution Spectrograph qui est installé sur le Hobby-Eberly Telescope au Texas.

De grandes dispersions de vitesses d'étoiles dans de si petites galaxies est un signe sans conteste de forte concentration de masse au centre : 6 galaxies compactes étudiées ont ainsi montré un centre très dense : plus de 10 milliards de masses solaires dans un rayon de 650 années-lumières, soit 100 fois plus que ce que l'on connait pour des galaxies de la même taille.
Et parmi les six galaxies étudiées, l'une d'entre elles avait été observée dans le passé par le télescope Hubble, ce qui a permis d'obtenir des données supplémentaires sur cette NGC 1277, dont le nom va devenir celèbre pendant un moment...

A partir des images du HST et des mesures de dispersion de vitesse, l'équipe menée par Remco van den Bosch du Max-Planck Institut für Astronomie à Heidelberg a patiemment simulé et modélisé 600 000 modèles d'orbites pour tester les combinaisons de différents paramètres : le ratio masse stellaire/lumière, la masse du trou noir, la masse et la concentration du halo sombre.

C'est ensuite en trouvant le meilleur ajustement de tous ces paramètres qu'ils obtiennent la masse démente de 17+-3 milliards de masses solaires pour le trou noir central.
Non seulement le trou noir représente 59% de la masse du bulbe, mais il fait aussi près de 14% de la masse stellaire totale de toute la galaxie. Inutile de préciser que c'est considérable et que c'est du jamais-vu jusqu'à présent.

Alors qu'il avait été établi précédemment une relation à peu près linéaire (en échelle logarithmique) entre la  luminosité du bulbe galactique et la masse du trou noir, le cas de NGC1277 apparait totalement en dehors de la droite sur le graphe... Les auteurs en concluent que l'indicateur de la luminosité du bulbe galactique n'est sans doute pas un bon indicateur de la masse du Trou noir central. C'est seulement en étudiant en détail les cinq autres galaxies à forte dispersions de vitesses, dont on sait qu'elles abritent elles aussi des monstres, que le modèle prédictif pourra être amélioré.

Une chose intéressante à noter est que cette petite galaxie NGC 1277 contient uniquement de vielles étoiles de plus de 8 milliards d'années et  qu'elle n'a pas connu de formation stellaire récente. Ce qui signifie que le trou noir hypermassif doit exister au moins depuis ces 8 milliards d'années. En effet,l'accretion d'un trou noir sans beaucoup de formation d'étoiles a une très faible probabilité. De plus, NGC 1277 ne montre aucun signe de phénomène violent de fusion et "montre" un halo de matière sombre régulier à partir de la cinématique des étoiles observée.

NGC 1277 et les cinq autres galaxies compactes qui ont été étudiées sont relativement proches de nous, et bien qu'elles soient très inhabituelles à cette époque/distance, il apparait qu'elles sont en fait très similaires à de nombreuses galaxies que l'on peut rencontrer à des époques plus lointaines (aux alentours de z=2), ce qui laisse évidemment imaginer de nombreux scénarios intéressants...

Source :

An over-massive black hole in the compact lenticular galaxy NGC 1277
Remco C. E. van den Bosch,
Nature 491, 729–731 (29 November 2012)