De nouvelles preuves de l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA remettent en question les idées dominantes sur la façon dont les trous noirs se développent dans les centres des galaxies. Les astronomes ont longtemps pensé qu'un trou noir supermassif et le renflement des étoiles au centre de sa galaxie hôte croissent au même rythme - plus le renflement est grand, plus le trou noir est grand. Cependant, une nouvelle étude des données de Chandra a révélé deux galaxies proches avec des trous noirs supermassifs qui se développent plus rapidement que les galaxies elles-mêmes.
La masse d'un trou noir géant au centre d'une galaxie est généralement une infime fraction - environ 0,2 pour cent - de la masse contenue dans le renflement, ou région d'étoiles densément emballées, qui l'entoure. Les cibles de la dernière étude de Chandra, les galaxies NGC 4342 et NGC 4291, ont des trous noirs 10 à 35 fois plus massifs qu'ils ne devraient être comparés à leurs renflements. Les nouvelles observations avec Chandra montrent que les halos, ou enveloppes massives de matière noire dans lesquelles résident ces galaxies, sont également en surpoids.
Cette étude suggère que les deux trous noirs supermassifs et leur évolution sont liés à leurs halos de matière noire et ne se sont pas développés en tandem avec les renflements galactiques. Dans cette vue, les trous noirs et les halos de matière noire ne sont pas en surpoids, mais la masse totale dans les galaxies est trop faible.
"Cela nous donne plus de preuves d'un lien entre deux des phénomènes les plus mystérieux et les plus sombres de l'astrophysique - les trous noirs et la matière noire - dans ces galaxies", a déclaré Akos Bogdan du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) à Cambridge, Mass ., qui a dirigé la nouvelle étude.
NGC 4342 et NGC 4291 sont proches de la Terre en termes cosmiques, à des distances de 75 millions et 85 millions d'années-lumière. Les astronomes savaient par des observations précédentes que ces galaxies abritent des trous noirs avec des masses relativement importantes, mais ne savent pas ce qui est responsable de la disparité. Sur la base des nouvelles observations de Chandra, cependant, ils sont en mesure d'exclure un phénomène connu sous le nom de décapage des marées.
Le décapage des marées se produit lorsque certaines étoiles d'une galaxie sont enlevées par gravité lors d'une rencontre rapprochée avec une autre galaxie. Si un tel décapage des marées avait eu lieu, les halos auraient été manquants. Parce que la matière noire s'étend plus loin des galaxies, elle est plus lâchement liée à elles que les étoiles et plus susceptible d'être retirée.
Pour exclure le décapage des marées, les astronomes ont utilisé Chandra pour rechercher des preuves de gaz chaud émettant des rayons X autour des deux galaxies. Parce que la pression des gaz chauds - estimée à partir d'images radiographiques - équilibre l'attraction gravitationnelle de toute la matière dans la galaxie, les nouvelles données de Chandra peuvent fournir des informations sur les halos de matière noire. Le gaz chaud s'est révélé être largement distribué autour de NGC 4342 et NGC 4291, ce qui implique que chaque galaxie a un halo de matière noire inhabituellement massif et qu'un décapage de marée est peu probable.
"C'est la preuve la plus claire que nous ayons, dans l'univers proche, pour les trous noirs qui se développent plus rapidement que leur galaxie hôte", a déclaré le co-auteur Bill Forman, également de CfA. "Ce n'est pas que les galaxies ont été compromises par des rencontres rapprochées, mais au lieu de cela, elles ont eu une sorte de développement arrêté."
Comment la masse d'un trou noir peut-elle croître plus rapidement que la masse stellaire de sa galaxie hôte? Les auteurs de l'étude suggèrent qu'une grande concentration de gaz tournant lentement dans le centre galactique est ce que le trou noir consomme très tôt dans son histoire. Il croît rapidement et, au fur et à mesure qu'il grandit, la quantité de gaz qu'il peut accumuler ou avaler augmente avec la production d'énergie de l'accrétion. Une fois que le trou noir a atteint une masse critique, les explosions alimentées par la consommation continue de gaz empêchent le refroidissement et limitent la production de nouvelles étoiles.
"Il est possible que le trou noir supermassif ait atteint une taille considérable avant qu'il y ait beaucoup d'étoiles dans la galaxie", a déclaré Bogdan. "C'est un changement significatif dans notre façon de penser sur la façon dont les galaxies et les trous noirs évoluent ensemble."
Les résultats ont été présentés le 11 juin lors de la 220e réunion de l'American Astronomical Society à Anchorage, en Alaska. L'étude a également été acceptée pour publication dans The Astrophysical Journal.
