Lorsque les galaxies entrent en collision, toutes sortes de chaos peuvent s'ensuivre. Bien que le processus prenne des millions d'années, la fusion de deux galaxies peut entraîner la fusion et l'agrandissement des trous noirs supermassifs (SMBH, qui résident en leur centre). Il peut également en résulter que des étoiles soient expulsées de leurs galaxies, les envoyant ainsi que leurs systèmes de planètes dans l'espace comme des «étoiles voyous».
Mais selon une nouvelle étude d'une équipe internationale d'astronomes, il semble que dans certains cas, les SMBH pourraient également être éjectés de leurs galaxies après une fusion. À l'aide des données de l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA et d'autres télescopes, l'équipe a détecté ce qui pourrait être un "trou noir supermassif renégat" qui s'éloigne de sa galaxie.
Selon l’étude de l’équipe - publiée dans le Journal astrophysique sous le titre A Potential Recoiling Supermassive Black Hole, CXO J101527.2 + 625911 - le trou noir renégat a été détecté à une distance d'environ 3,9 milliards d'années-lumière de la Terre. Il semble provenir d'une galaxie elliptique et contient l'équivalent de 160 millions de fois la masse de notre Soleil.
L'équipe a trouvé ce trou noir en cherchant dans des milliers de galaxies des preuves de trous noirs qui montraient des signes de mouvement. Cela consistait à passer au crible les données obtenues par le télescope à rayons X Chandra pour les sources de rayons X brillantes - une caractéristique commune des SMBH à croissance rapide - qui ont été observées dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
Ils ont ensuite examiné les données Hubble de toutes ces galaxies lumineuses aux rayons X pour voir si elles révéleraient deux pics brillants au centre de l'une d'entre elles. Ces pics brillants seraient une indication révélatrice qu'une paire de trous noirs supermassifs étaient présents, ou qu'un trou noir en recul s'éloignait du centre de la galaxie. Enfin, les astronomes ont examiné les données spectrales SDSS, qui montrent comment la quantité de lumière optique varie avec la longueur d'onde.
De tout cela, les chercheurs ont toujours trouvé ce qu'ils considéraient comme un bon candidat pour un trou noir renégat. Avec les données d'aide du SDSS et du télescope Keck à Hawaï, ils ont déterminé que ce candidat était situé à proximité, mais visiblement décalé du centre de sa galaxie. Ils ont également noté qu'elle avait une vitesse différente de celle de la galaxie - des propriétés qui suggéraient qu'elle se déplaçait d'elle-même.
L'image ci-dessous, qui a été générée à partir des données Hubble, montre les deux points lumineux près du centre de la galaxie. Alors que celui de gauche était situé dans le centre, celui de droite (le renégat SMBH) était situé à environ 3000 années-lumière du centre. Entre les rayons X et les données optiques, toutes les indications indiquaient qu'il s'agissait d'un trou noir qui avait été expulsé de sa galaxie.
En termes de ce qui aurait pu causer cela, l'équipe s'est aventurée que le trou arrière pourrait avoir «reculé» lorsque deux SMBH plus petits sont entrés en collision et ont fusionné. Cette collision aurait généré des ondes gravitationnelles qui auraient pu ensuite pousser le trou noir hors du centre de la galaxie. Ils s'aventurèrent en outre que le trou noir pouvait s'être formé et être mis en mouvement par la collision de deux petits trous noirs.
Une autre explication possible est que deux SMBH sont situés au centre de cette galaxie, mais l'un d'eux ne produit pas de rayonnement détectable - ce qui signifierait qu'il croît trop lentement. Cependant, les chercheurs préfèrent l'explication que ce qu'ils ont observé était un trou noir renégat, car il semble être plus cohérent avec les preuves. Par exemple, leur étude a montré des signes de perturbation de la galaxie hôte dans ses régions extérieures.
Ceci est une indication possible que la fusion entre les deux galaxies s'est produite dans un passé relativement récent. Comme les fusions SMBH sont supposées se produire lorsque leurs galaxies hôtes fusionnent, cette réserve favorise la théorie du trou noir renégat. De plus, les données ont montré que dans cette galaxie, des étoiles se formaient à un rythme élevé. Cela concorde avec les simulations informatiques qui prédisent que la fusion des galaxies connaîtra un taux accru de formation d'étoiles.
Mais bien sûr, des recherches supplémentaires sont nécessaires avant de pouvoir tirer des conclusions. Dans l'intervalle, les résultats devraient être d'un intérêt particulier pour les astronomes. Non seulement cette étude implique un phénomène vraiment rare - une SMBH qui est en mouvement, plutôt que de se reposer au centre d'une galaxie - mais les propriétés uniques impliquées pourraient nous aider à en savoir plus sur ces caractéristiques rares et énigmatiques.
D'une part, l'étude des SMBH pourrait en révéler davantage sur la vitesse et la direction de rotation de ces objets énigmatiques avant leur fusion. À partir de cela, les astronomes seraient en mesure de mieux prédire quand et où les SMBH sont sur le point de fusionner. L'étude de la vitesse du recul des trous noirs pourrait également révéler des informations supplémentaires sur les ondes gravitationnelles, ce qui pourrait révéler des secrets supplémentaires sur la nature de l'espace-temps.
Et surtout, assister à un trou noir renégat est l'occasion de voir des forces assez étonnantes à l'œuvre. En supposant que les observations sont correctes, il y aura sans aucun doute des enquêtes de suivi conçues pour voir où la SMBH se déplace et quel effet elle a sur l'environnement cosmique environnant.
Depuis les années 1970, les scientifiques sont d'avis que la plupart des galaxies ont des SMBH en leur centre. Au cours des années et des décennies qui ont suivi, les recherches ont confirmé la présence de trous noirs non seulement au centre de notre galaxie - Sagittaire A * - mais au centre de presque toutes les galaxies massives connues. Allant en masse des centaines de milliers à des milliards de masses solaires, ces objets exercent une puissante influence sur leurs galaxies respectives.
Assurez-vous de profiter de cette vidéo, gracieuseté de l'Observatoire Chandra X-Ray:
