lundi 4 décembre 2017

Découverte d'un couple de trous noirs supermassifs caché derrière Andromède


Après observation attentive d'une étoile paraissant un peu bizarre, située dans la galaxie d'Andromède, des astrophysiciens viennent de montrer que ce n'est pas du tout une étoile mais un couple de trous noirs supermassifs situé très loin en arrière plan d'Andromède. Ce couple formerait le système binaire de trous noirs supermassifs le plus resserré observé à ce jour...




Pour mettre en évidence la nature de cet objet, les astronomes ont exploité le télescope spatial Chandra X-Ray Observatory et les télescopes terrestres Gemini North (Hawaï) et le Palomar Transient Factory (Californie). L'objet en question est répertorié sous le nom raccourci de J0045+41. Il est observable à la fois en rayons X et dans le visible. Jusqu'à présent, on pensait qu'il s'agissait d'une étoile un peu étrange située dans la galaxie d'Andromède (M31), soit à 2,5 millions d'années-lumière. Mais il s'avère que sa véritable distance est 1000 fois plus élevée, puisqu'il se trouve à 2,6 milliards d'années-lumière.
Trevor Dorn-Wallenstein (Université de Washington à Seattle) et son équipe publient leur découverte dans The Astrophysical Journal, ils cherchaient en fait des étoiles binaires X dans M31, et pensaient en tenir une avec J0045+41 qui montre une période d'environ 80 jours en rayons X. Mais ils furent surpris de trouver, grâce au spectre en lumière visible qu'il s'agissait de bien autre chose. Plus intriguant encore que sa grande distance, les chercheurs ont trouvé que ce quasar devait contenir deux trous noirs supermassifs en rotation rapide l'un autour de l'autre, ayant chacun une vitesse apparente différente. Ils calculent la masse totale du système binaire : 200 millions de masses solaires.
Trevor Dorn-Wallenstein et ses collègues ont ensuite utilisé le Palomar Transient Factory pour chercher des variations périodiques dans le visible et en trouvent de périodes 82 jours et 328 jours. Le rapport 1:4 se trouve être typique pour un système binaire de deux trous noirs (dû à des interactions dans le disque circumbinaire). 
Les chercheurs peuvent alors calculer la distance qui doit séparer les deux trous noirs supermassifs, en faisant l'hypothèse que leur période de rotation est de 82 , 164 ou 328 jours et ils sont très très proches l'un de l'autre : entre 216 et 544 unités astronomiques seulement (soit moins de 0,01 année-lumière, ou si on préfère 3 jours-lumière). Ce serait le système de trous noirs supermassifs le plus rapproché que nous connaissons, et ils seraient donc en train d'émettre quantités d'ondes gravitationnelles, qui ne sont malheureusement pas détectables par les interféromètres terrestres actuels. 
Les astrophysiciens peuvent même estimer dans combien de temps ces deux trous noirs vont fusionner pour former un unique trou noir supermassif : entre 350 ans (dans le cas de la période de rotation la plus courte et pour des trous noirs de masse égale) et 360 000 ans (dans le cas de la période la plus longue et un rapport 100 dans les masses des deux trous noirs). La plage est grande mais ce délai reste tout de même minuscule à l'échelle cosmique. 

D'autres observations de J0045+41 devraient maintenant être lancées, de manière à confirmer la nature de ce couple supermassif.


Source

A Mote in Andromeda's Disk: A Misidentified Periodic AGN behind M31
Trevor Dorn-Wallenstein, Emily M. Levesque, and John J. Ruan
The Astrophysical Journal, Volume 850, Number 1 (20 november 2017)


Illustration

Image composite montrant J0045+41 et sa localisation en bordure de M31 (rayons X: NASA/CXC/Univ. of Washington/T.Dorn-Wallenstein et al.; Visible : NASA/ESA/J. Dalcanton, et al. & R. Gendler)