Les astronomes ont repéré un trou noir de 40 milliards de masse solaire dans l'amas de galaxies Abell 85. Ils ont trouvé le géant à l'aide d'observations spectrales avec le très grand télescope (VLT). Il n'y a que quelques mesures de masse directes pour les trous noirs, et à environ 700 millions d'années-lumière de la Terre, c'est la plus éloignée.
À l'intérieur de l'amas d'Abell 85 se trouve Holm 15A, une galaxie d'amas la plus brillante (BCG). Cela signifie que c'est la galaxie la plus brillante de l'amas d'Abell 85. Le centre de Holm 15A est diffus et très faible, même si la galaxie elle-même est très lumineuse et possède une masse d'étoiles visible totalisant deux billions de masses solaires. Cette différence apparente a attiré l'attention des chercheurs de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) et de l'Observatoire universitaire de Munich (USM).
La nouvelle étude a été dirigée par le scientifique MPE Jens Thomas. La région centrale diffuse dans Holm 15A est presque aussi grande que le Grand Nuage de Magellan, et Thomas et les autres astronomes pensaient que c'était un indice qu'un trou noir extrêmement massif était présent. L'équipe a utilisé les données du spectromètre MUSE sur le VLT et l'Observatoire USM Wendelstein pour étudier cette vaste région diffuse.
Dans un communiqué de presse, Thomas a déclaré: «Il n'y a que quelques dizaines de mesures de masse directes de trous noirs supermassifs, et jamais auparavant cela n'a été tenté à une telle distance. Mais nous avions déjà une idée de la taille du trou noir dans cette galaxie particulière, alors nous l'avons essayé. »
Les données des deux télescopes ont permis à l'équipe d'effectuer une estimation de masse basée directement sur les mouvements stellaires autour du cœur de la galaxie. Lorsque les données ont été publiées, le trou noir supermassif de 40 milliards de masse solaire a été révélé, ce qui en fait le trou noir le plus massif de l'univers connu.
"C'est plusieurs fois plus important que prévu à partir de mesures indirectes, telles que la masse stellaire ou la dispersion de vitesse des étoiles", a déclaré Roberto Saglia, scientifique principal au MPE et professeur au LMU.
Le centre du Holm 15A a une luminosité de surface diffuse très faible. C'est beaucoup plus faible que dans les autres galaxies elliptiques. C'est un indice que de nombreuses étoiles ont été expulsées du centre lors des fusions qui ont créé ce monstre. L'étudiant au doctorat LMU Kianusch Mehrgan a aidé à analyser certaines des données de cette étude. Dans le même communiqué de presse, Mehrgan a déclaré: «Le profil lumineux dans le noyau interne est également très plat. Cela signifie que la plupart des étoiles du centre doivent avoir été expulsées en raison des interactions lors de fusions précédentes. »
Holm 15A est un Galaxy de type précoce, ou ETG. De l'avis largement accepté, les noyaux de ces types de galaxies massives se forment en raison d'un processus appelé «affouillement des noyaux». Lorsque deux galaxies fusionnent, leurs trous noirs fusionnent également. Toutes ces interactions gravitationnelles ont un effet de fronde sur les étoiles, les éjectant des noyaux. En l'absence de gaz dans le noyau, aucune nouvelle étoile ne peut se former, ce qui conduit à ce type de noyau épuisé.
En fait, le profil lumineux de Holm 15A suggère que les deux galaxies elliptiques qui ont fusionné avaient déjà des noyaux épuisés lors de fusions antérieures. Donc, ce noyau énorme appauvri, diffus, était un indice qu'un énorme trou noir se trouve au centre.
"La dernière génération de simulations informatiques de fusions de galaxies nous a donné des prédictions qui correspondent effectivement assez bien aux propriétés observées", a déclaré Jens Thomas, qui a également fourni les modèles dynamiques. «Ces simulations incluent des interactions entre les étoiles et un binaire de trou noir, mais l'ingrédient crucial est deux galaxies elliptiques qui ont déjà des noyaux épuisés. Cela signifie que la forme du profil lumineux et les trajectoires des étoiles contiennent des informations archéologiques précieuses sur les circonstances spécifiques de la formation du noyau dans cette galaxie - ainsi que sur d'autres galaxies très massives. »
La relation entre le profil lumineux et la masse du trou noir pourrait conduire à une meilleure compréhension des trous noirs et à une nouvelle façon de mesurer leur masse.
La plupart des trous noirs supermassifs sont trop éloignés pour être mesurés directement. Mais cette recherche indique une nouvelle relation entre la luminosité et la masse. Chaque fois que deux trous noirs fusionnent, la masse augmente, mais les étoiles sont éjectées et le noyau galactique s'assombrit, en supposant qu'il y a un manque de gaz pour la formation de nouvelles étoiles.
L'équipe a l'intention de continuer à développer son modèle, et cela pourrait aller plus loin que la simple mesure de la masse des trous noirs. Dans leur article, ils disent: "Nos résultats suggèrent que la forme exacte du profil lumineux central ainsi que les détails de la distribution des orbites stellaires au centre contiennent des informations précieuses sur l'histoire de la fusion des galaxies très massives."
La masse de la plupart des trous noirs est déterminée en mesurant le mouvement des étoiles près du centre galactique. Dans des galaxies très éloignées, les mouvements de ces étoiles ne peuvent pas être déterminés. Mais cette nouvelle relation entre la lumière et la masse pourrait servir de base à la mesure de la masse des trous noirs plus éloignés. Comme le disent les auteurs dans leur article, «Dans les galaxies centrales, les masses des trous noirs évoluent inversement avec la luminosité de la surface stellaire centrale et la densité de la masse stellaire centrale - y compris dans Holm 15A. Nous montrons cette corrélation ici pour la première fois. »
Si cette corrélation se maintient, ce ne sera peut-être qu'une question de temps avant que ce trou noir de 40 milliards de masse solaire ne soit détrôné, et qu'un nouveau trou noir encore plus massif prenne sa place.
Plus:
- Communiqué de presse: Heavyweight au cœur de la galaxie centrale Abell 85
- Document de recherche: UN TROU NOIR DE MASSE SOLAIRE DE 40 MILLIARDS DANS LE NOYAU EXTREME DE HOLM 15A, LA GALAXIE CENTRALE D'ABELL 85
- Vidéo du magazine spatial: les trous noirs supermassifs ou leurs galaxies? Lequel est venu en premier?
