samedi 8 avril 2017

Découverte de 2 nouvelles galaxies minuscules munies de trous noirs supermassifs

Deux cas de trous noirs supermassifs situés au centre de galaxies naines ultra-compactes viennent d'être trouvés, ils viennent donc s'ajouter à l'unique cas (jusque là) découvert il y a trois ans. Ces galaxies sont si petites et ces trous noirs si gros qu'à eux seuls, ils représentent plus de 10% de la masse de leur galaxie.




Vous vous souvenez peut-être qu'en septembre 2014, je vous racontais la découverte d'une galaxie naine ultra compacte, une UCD (Ultra Compact Dwarfatypique,  galaxie très petite, contenant à peine 140 millions d'étoiles mais comportant en son centre un trou noir supermassif de 21 millions de masses solaires (5 fois la masse de Sgr A*, le trou noir supermassif de notre galaxie). Depuis trois ans, M60 UCD-1 était restée unique en son genre. Mais l'équipe d'astrophysiciens à l'origine de sa découverte a poursuivi sa quête et publie aujourd'hui de nouvelles observations : deux nouvelles galaxies naines ultra-compactes munies chacune d'un trou noir supermassif de plusieurs millions de masses solaires.
Les galaxies naines ultra-compactes sont des galaxies microscopiques, s'étalant sur à peine quelques centaines d'années-lumière (500 fois moins que notre galaxie). Elles ont été observées pour la première fois à la fin des années 1990. Du fait de leur petite taille et de leur masse tout de même non négligeable (même si bien plus faible que celle d'une galaxie "normale"), ces galaxies sont les galaxies les plus denses connues. Leur origine a longtemps été débattue, deux visions se concurrençant : elles pourraient n'être en fait la fraction la plus massive des amas globulaires ou bien des résidus de galaxies bien plus massives qui auraient pu perdre une grande quantité de leurs étoiles par des interactions avec d'autres galaxies. De nombreuses UCD ont la propriété remarquable d'avoir une "masse dynamique" (la masse déduite de la vitesse observée des étoiles) beaucoup plus grande que leur masse stellaire (la somme des masses des étoiles).
Cette propriété n'étant pas très normale, les astrophysiciens internationaux menés par Christopher Ahn (Université de l'Utah) ont cherché à savoir si la présence de trous noirs supermassifs ne pouvait pas expliquer en partie cette propriété. C'est ainsi qu'ils ont mis en évidence celui de M60 UCD-1 en 2014 en mesurant finement la vitesse des étoiles dans la galaxie ultra-compacte, et qu'ils viennent de reproduire les mêmes types de mesures grâce à des images obtenues avec le télescope hawaïen Gemini North et son spectromètre Near-Infrared Integral Field Spectrometer (NIFS), ainsi que Hubble, sur deux nouvelles galaxies de l'amas de Virgo (VUCD3, située à proximité de M87, et M59cO, proche de M59). Les chercheurs parviennent au même résultat qu'en 2014 : ces deux galaxies naines, distantes d'environ 54 millions d'années-lumière, comportent toutes les deux un trou noir supermassif dont la masse représente plus de 10% de la masse stellaire de la galaxie, très exactement 13% pour VUCD3 et 18% pour M59cO (respectivement 4,4 millions de masses solaires et 5,8 millions de masses solaires). Comme dans le cas de M60 UCD-1, ces deux trous noirs supermassifs sont plus gros que Sgr A* qui, rappelons-le, est actuellement en train, à l'heure où j'écris ces lignes, d'être scruté par l'Event Horizon Telescope (voir ici).
Ces nouvelles détections renforcent le scénario selon lequel les UCD les plus massives comporteraient un trou noir supermassif qui représente une fraction importante de leur masse totale. Quant à l'origine de ces petites galaxies étonnantes, l'hypothèse la plus probable selon Christopher Ahn et ses collaborateurs serait le dépouillement de galaxies moyennes d'environ 1 milliard de masses solaires lors d'interactions entre galaxies, par effets de marée gravitationnelle.
Ces petites galaxies compactes ne seraient donc que des résidus de galaxies "normales", ayant conservé leur trou noir supermassif central entouré de ses plus proches étoiles.  

Référence
Detection of Supermassive Black Holes in Two Virgo Ultracompact Dwarf Galaxies
Christopher Ahn et al.
à paraïtre dans The Astrophysical Journal
https://arxiv.org/abs/1703.09221

Illustration
Les galaxies naines ultra-compactes VUCD3 et M59cO (encarts). La distance les séparant du centre de leur grosse voisine est donné par le segment en rouge (1 pc = 3,26 années-lumière). (C. Ahn et al.)