jeudi 26 juin 2014

Découverte d’un Système Binaire de Trous Noirs Supermassifs au sein d’un Trio

La plupart sinon toutes les galaxies géantes abritent un trou noir supermassif dans leur centre, qui peut avoir une masse de quelques millions à quelques milliards de masses solaires. Et quand de grandes quantités de matière tombent sur le trou noir, des jets puissants de matière et de rayonnement peuvent se former, conduisant à ce qu’on appelle un quasar lorsque le jet se trouve dans la direction d’observation.


Vue d'artiste du système triple de trous noirs supermassifs (Deane et al.)
SDSS J1502+1115 est un quasar de ce type, il est situé à une distance de 4,3 milliards d’années-lumière, dans la constellation du Bouvier.  Cette galaxie active observée depuis de longues années s’était révélée posséder non pas un mais deux trous noirs supermassifs, étant le résultat de la fusion de deux galaxies plus petites. Les deux trous noirs supermassifs avaient été mesurés être distants de 24000 années-lumière.
C’est en voulant confirmer leur existence que l’astronome sud-africain Roger Deane a fait une découverte étonnante : l’un des deux trous noirs supermassifs est en fait un couple de trous noirs supermassifs ! Nous sommes donc en présence d’un trio de trous noirs supermassifs dont deux se trouvent très rapprochés l’un de l’autre.

Il existait jusqu’à présent à notre connaissance seulement 4 systèmes triples de trous noirs, dont la paire la plus rapproché était séparée de 7800 années-lumière, ce qui est bien plus loin que la sphère d’influence gravitationnelle (qui est d’environ 350 années-lumière pour un trou noir de 1 milliard de masses solaires).  Ici dans SDSS J1502+1115, les deux trous noirs supermassifs du trio ne sont séparés que par 450 années-lumière. Ils sont si rapprochés que leur rotation l’un autour de l’autre produit une distorsion hélicoïdale  de symétrie de révolution sur la structure à grande échelle des jets observés en ondes radio. En 2006, un système binaire de trous noirs supermassifs (mais juste binaire celui-là) avait été observé dans la radio-galaxie 0402+379 avec une séparation record de 24 années-lumière.
Cette nouvelle paire serrée de trous noirs supermassifs, dénommés J1502SE et J1502SW (le troisième s’appelant J1502P), a été trouvée par les auteurs après avoir seulement scruté 6 galaxies, ce qui leur fait dire que la probabilité de trouver de tels spécimens est bien plus grande que ce que l’on pensait auparavant. Ils ont utilisé pour cela deux fréquences radio (1,7 GHz et 5 GHz) avec le réseau européen du VLBI (Very Long Baseline Interferometry).
Le système binaire de trous noirs J1502S (Nature.com)

Le plus intéressant, outre de mieux comprendre comment se forment les trous noirs supermassifs gigantesques par fusions successives de plusieurs trous noirs supermassifs plus petits, est que de tels systèmes gravitationnels sont susceptibles de produire des ondes gravitationnelles lors de leur rapprochement et de leur fusion inéluctable. Pour le moment, aucun système binaire de trous noirs supermassifs n’est assez resserré pour pouvoir émettre des ondes gravitationnelles détectables et aucune onde gravitationnelle n’a jamais été détectée directement.  Mais  si Deane et ses collègues n’ont pas eu une extraordinaire chance de trouver ce nouveau  système binaire resserré, cela signifie que de tels systèmes de trous noirs liés sont nombreux et par conséquent aussi les candidats à l’émission d’ondes gravitationnelles détectables.

C’est vrai, dans quelques milliards d’années, nous auront un beau système binaire de trous noirs supermassifs au seuil de notre porte, quand notre galaxie fusionnera avec la galaxie d’Andromède, et quand leurs deux trous noirs supermassifs se rapprocheront inéluctablement… mais comme nous n’avons pas le temps d’attendre, la recherche d’autres systèmes serrés de trous noirs supermassifs, qu’ils soient duos, trios ou plus (qui sait ?) est d’ores et déjà lancée.


Référence :
A close-pair binary in a distant triple supermassive black hole system
R. Deane et al.
Nature online (25 June 2014)