samedi 17 février 2018

Les trous noirs ultramassifs qui grossissent plus vite que leur galaxie


Deux études indépendantes, publiées dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arrivent à une conclusion similaire : les trous noirs supermassifs qui se trouvent dans des galaxies très massives grossissent plus vite que leur galaxie ne forme d'étoiles, et  ils grossissent aussi plus vite que les trous noirs supermassifs de galaxies plus petites.




C'est une surprise car jusqu'à maintenant, toutes les données d'observations indiquaient que les trous noirs supermassifs (situés au centre des galaxies) et leur galaxie hôte avaient grossi de concert.
Guang Yang (Penn State University) et son équipe ont exploité de vastes données provenant des télescopes spatiaux Chandra et Hubble, ainsi que d'autres télescopes terrestres impliqués dans les grands relevés GOODS et COSMOS, pour étudier des galaxies distantes de 4,4 à 12,2 milliards d'années-lumière. On y retrouve notamment le Very Large Telescope au Chili, le télescope japonais Subaru à Hawaii, et des radiotélescopes également.
Les chercheurs américains, chinois et italiens trouvent que le ratio entre le taux de croissance du trou noir et le taux de croissance du nombre d'étoiles est environ 10 plus élevé dans les galaxies qui possèdent 100 milliards de masses solaires en étoiles par rapport à celles qui n'en n'ont que 10 milliards...

L'équipe de Mar Mezcua (Institut of Space Sciences, Barcelone), a quant à elle étudié des trous noirs supermassifs situés dans les galaxies les plus massives connues à ce jour. Ils ont ainsi étudié 72 galaxies qui se trouvent au centre d'amas de galaxies, à des distances ne dépassant pas 3,5 milliards d'années-lumière. L'astronome catalane et ses collègues britanniques et canadiens ont également utilisé les données du télescope spatial Chandra pour les rayons X, accompagné cette fois seulement de données radio issues de trois réseaux de radiotélescopes (le ATCA australien, le Karl Jansky VLA américain et le VLBA). Les chercheurs ont estimé la masse de ces trous noirs supermassifs en utilisant une relation assez bien connue reliant l'émission X et radio entourant un trou noir à sa masse. Là encore, comparé à la méthode qui décrit une croissance associée entre galaxie hôte et trou noir central, la masse des trous noirs supermassifs obtenue est 10 fois plus grande!
Les astrophysiciens montrent que dans leur échantillon de 72 trous noirs supermassifs, 40% d'entre eux ont une masse supérieure à 10 milliards de masses solaires... 

Reste maintenant à comprendre pourquoi un tel comportement est observé. Pourquoi les plus extrêmes des astres les plus extrêmes ne respectent pas les lois observées aux plus faibles masses. Il se pourrait que les galaxies très massives soient plus efficaces que les plus petites galaxies pour nourrir leur trou noir avec du gaz froid. Les spécialistes pensent aussi à une solution plus extrême qui serait que ces trous noirs se soient formés d'abord et leur galaxie ensuite. Des pistes à creuser.


Sources

Linking black hole growth with host galaxies: the accretion–stellar mass relation and its cosmic evolution
G Yang  et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 475, Issue 2, (1 April 2018)

The most massive black holes on the Fundamental Plane of Black Hole Accretion
M. Mezcua, J. Hlavacek-Larrondo, J.R. Lucey, M. T. Hogan, A.C. Edge, B.R. McNamara
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 474, Issue 1, (11 February 2018)


Illustration

Schéma commenté d'un trou noir supermassif (vue artistique) (ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartmann)