jeudi 3 mai 2018

Plus de 12 trous noirs supermassifs par galaxie

12,2 trous noirs de plus de 1 million de masses solaires en moyenne par galaxie de la masse de la Voie Lactée, c'est le nombre que trouve une équipe de chercheurs grâce à des simulations avancées des interactions entre galaxies.




On le sait, le centre des galaxies est peuplé par un trou noir supermassif (d'une masse supérieure à 100000 masses solaires). Mais quand des galaxies similaires fusionnent ou quand une grosse galaxie absorbe une galaxie naine, les trous noirs supermassifs peuvent se retrouver sur une orbite assez excentrique et mettre une très longue durée avant d'atteindre la région centrale et fusionner à leur tour avec le trou noir supermassif déjà présent. Ce phénomène est surtout vrai dans le cas des fusions dites mineures où une grosse galaxie absorbe une petite galaxie.
Michael Tremmel (Yale University) et ses collaborateurs ont utilisé des simulations pour prédire quel nombre de trous noirs supermassifs devraient se retrouver dans le halo de galaxies du type de notre Galaxie. Leur code de simulation, nommé Romulus25, permet de reproduire la dynamique des trous noirs supermassifs dans des galaxies avec une meilleure précision que ce qui avait été fait jusqu'à aujourd'hui.
Dans leur article, publié par The Astrophysical Journal Letters, les astrophysiciens montrent que le nombre de trous noirs de plus de 1 million de masses solaires peut dépasser la dizaine dans une galaxie comme la nôtre. En moyenne, en incluant le trou noir central, il y aurait un peu plus de 5 trous noirs supermassifs dans un rayon de 10 kpc (32000 années-lumière) autour du centre de la galaxie, et leur nombre moyen atteindrait 12,2 dans l'ensemble de la Galaxie (sans compter les galaxies naines satellites). 
La code de simulation Romulus consiste à simuler la formation de trous noirs supermassifs au cours du premier milliard d'années de l'Univers et les galaxies qui vont avec puis de les laisser évoluer dans le temps pour "observer" ce qui se passe au temps présent après que les galaxies aient intéragit entre elles par collisions et fusions. L'équipe de Tremmel produit ainsi 316 trous noirs supermassifs de plus de 1 million de masses solaires qui se retrouvent finalement après 12,5 milliards d'années à l'intérieur de 26 galaxies de masse similaire à celle de la Voie Lactée.
Parmi les 26 galaxies, toutes les galaxies sauf une possèdent un trou noir supermassif central seul situé dans un rayon de 2300 années-lumière du centre (la plus petite distance atteignable par la simulation Romulus25). Parmi les 108 trous noirs supermassifs apparaissant dans un rayon de 32000 années-lumière du centre, 90% y sont arrivés plus de 2 milliards d'années auparavant et de nombreux étaient déjà présents dès les premiers milliards d'années de la simulation et n'ont que très peu grossi depuis leur formation initiale. Ces trous noirs ne se trouveraient pas sur des orbites plongeant vers le centre de la galaxie mais au contraire sur des orbites à très longue période. Les chercheurs montrent que ces trous noirs géants se situeraient surtout dans le halo des galaxies et non dans leur disque (avec une signifiance statistique supérieure à 4 sigmas). La conséquence est qu'ils ne peuvent trouver sur leur chemin que peu de gaz et de ce fait ils seraient très difficilement détectables directement. Détecter ces trous noirs supermassifs dans notre Galaxie, voilà donc maintenant un objectif, voire un challenge.
Pour nous rassurer, Michael Tremmel a calculé le taux d’occurrence qu'un tel trou noir supermassif errant parvienne à perturber notre système solaire : cela pourrait arriver tous les 100 milliards d'années (environ 10 fois l'âge de l'Univers), il n'y a donc pas trop de crainte à avoir de rencontrer un de ces monstres...


Source

Wandering Supermassive Black Holes in Milky-Way-mass Halos
Michael Tremmel, Fabio Governato, Marta Volonteri, Andrew Pontzen, and Thomas R. Quinn
The Astrophysical Journal Letters, Volume 857, Number 2


Illustration

Exemple de répartition de trous noirs supermassifs dans une galaxie du type de la Voie Lactée (Tremmel et al.)

2 commentaires :

Pascal a dit…

Peut-être les traces des perturbations des orbites stellaires par ces trous noirs massifs errants sont-elles déjà quelque part dans les données de Gaia ? Envisage-t-on ce genre de recherches ?

Dr Eric SIMON a dit…

Les études sur les étoiles hypervéloces et autres orbites bizarres vont grandement bénéficier des données de Gaia. Quand il s'agira de trouver une cause, je ne doute pas que les specialistes se souviendront de cette etude ci. ..