jeudi 27 décembre 2018

Découverte d'un trou noir massif "léger" dans une petite galaxie


Un trou noir de masse intermédiaire, inférieure à 300 000 masses solaires a été détecté au centre de la galaxie NGC 3319. Ce trou noir massif atypique par sa relative faible masse est abrité par une galaxie jeune marquée par une absence de bulbe et la présence d'une barre proéminente.




Ce sont des astrophysiciens chinois qui rapporte cette découverte dans The Astrophysical Journal. Les trous noir dits de masse intermédiaire sont ceux qui se situent entre les trous noir stellaires (jusqu'à 100 masses solaires) et les trous noirs supermassifs (au-delà de 500 000 masses solaires). Cette catégorie intermédiaire a la particularité d'être très peu représentée parmi tous les trous noirs que nous connaissons. Ils sont pourtant d'une importance considérable, notamment pour comprendre l'origine des trous noirs supermassifs dont ils pourraient former les graines à leur origine.
Si on en connaît environ une centaine de candidats, très peu de trous noirs de masse intermédiaire ont pu être confirmés à ce jour, du fait de la grande difficulté à observer leurs effets indirects sur leur environnement. Les régions où ils sont le plus recherchés sont les cœurs de galaxies naines actives.

Ning Jiang (Université de Science et technologie de Hefei) et ses collaborateurs ont cherché des signes de trous noirs dans de tels galaxies en rayons X avec les télescopes spatiaux Chandra et XMM-Newton, ainsi qu'avec Hubble dans le visible et l'UV. Et ils sont tombés sur NGC 3319, qui est une jeune galaxie de seulement 130 millions d'années située dans la constellation de la Grande Ourse, et qui a la particularité d'être proche (47 millions d'AL), de ne pas avoir de bulbe central, et d'arborer une barre centrale proéminente. Ils observe une source de rayons X située au centre de la galaxie, qui coïncide avec le noyau galactique visible en UV. 
Mais la lumière émise par les environs de ce trou noir est finalement très faible, si faible qu'il ne peut pas s'agir d'un trou noir de plusieurs millions ou milliards de masses solaires. 
A partir de la luminosité, qui est produite par la matière accretée autour du trou noir, rappelons-le, les chercheurs peuvent estimer la masse du trou noir. En faisant une hypothèse raisonnable sur le ratio d'Eddington, avec une valeur comprise entre 0,001 et 1, la masse qu'ils obtiennent varie entre 300 et 300 000 masses solaires tout au plus. Une autre estimation fondée sur la variabilité du rayonnement X donne une valeur de masse inférieure à 100 000 masses solaires. Les trous noirs de masse intermédiaires ont généralement une masse de l'ordre de 100 000 masses solaires, ce qui veut dire que ce petit dernier pourrait être le trou noir intermédiaire le plus léger trouvé à ce jour.
Et les noyaux de galaxie abritent généralement soit un trou noir supermassif, soit ce qu'on appelle un amas d'étoiles nucléaire (pour les très jeunes galaxies), soit plus rarement les deux. Ici dans NGC 3319, on aurait les deux, le trou noir semblant se situer au sein d'un amas d'étoiles central de 5,7 millions de masses solaires, qui représente 0,18% de la masse de toute la petite galaxie (3,2 milliards de masses solaires).

Ning Jiang et ses collaborateurs relèvent que ce trou noir candidat de masse intermédiaire est aujourd'hui unique en son genre, du fait notamment de la nature de sa galaxie hôte, qui est certes proche mais surtout qui n'a pas de bulbe et possède une grosse barre d'étoiles dans son disque. Or il faut se rappeler qu'une corrélation existe entre la masse d'un trou noir supermassif et la masse du bulbe galactique dans lequel il se trouve (la masse du trou noir faisant environ 0,2% de la masse du bulbe galactique). Le fait que NGC 3319 n'ait pas de bulbe (ou bien un bulbe de masse ridicule) pourrait donc être logique vu la masse de son trou noir central, ou inversement. En tous cas, l'amas d'étoile nucléaire central ne joue pas le rôle du bulbe galactique, puisque si le trou noir a une masse de 3000 masses solaires (la valeur retenue par les auteurs comme la plus probable), il ne représenterait que 0,05% de la masse de cet amas d'étoiles.
Les astrophysiciens évoquent aussi la possibilité que le grossissement d'un trou noir intermédiaire pour devenir un véritable trou noir supermassif pourrait être lié aux flux de gaz induits par la présence d'une barre proéminente comme celle de NGC3319. Des simulations hydrodynamiques vont en effet dans ce sens, la surdensité de la barre d'étoile favorisant l'apport de gaz vers le centre de la galaxie où se trouve le trou noir.

Reste à poursuivre les observations de cette galaxie prometteuse avec d'autres du même type pour y déceler pourquoi pas d'autres candidats trous noirs, massifs mais pas trop.


Source

Discovery of An Active Intermediate-Mass Black Hole Candidate in the Barred Bulgeless Galaxy NGC 3319
Ning Jiang, Tinggui Wang, Hongyan Zhou, Xinwen Shu, Chenwei Yang, Liming Dou, Luming Sun, Xiaobo Dong, Shaoshao Wang, and Huan Yang
The Astrophysical Journal, Volume 869, Number 1 (11 december 2018)

Illustration

Image composite de NGC 3319 par SDSS, Hubble et Chandra (Jiang et al., 2018.)