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Trois trous noirs supermassifs

publié le

Trois trous noirs supermassifs

Texte adapté des communiqués de presse des universités de Göttingen et de Potsdam.
21 novembre 2019


Une équipe de recherche internationale comprenant Roland Bacon du CRAL a prouvé pour la première fois que la galaxie NGC 6240 contenait trois trous noirs supermassifs, en utilisant l’instrument MUSE du Very large Telescope de l’ESO. Les observations uniques, publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics, les montrent proches les unes des autres au cœur de NGC 6240. L’étude met en évidence des processus de fusion simultanés lors de la formation des plus grandes galaxies de l’univers.


Les galaxies sont généralement composées de 100 à 300 milliards d’étoiles et hébergent un trou noir d’une masse de plusieurs millions à 100 millions de masses solaires en leur centre. La galaxie connue sous le nom de NGC 6240 est une galaxie irrégulière en raison de sa forme particulière. Jusqu’à présent, les astronomes ont supposé que celle-ci avait été formée par la collision de deux galaxies plus petites et que son noyau contenait donc deux trous noirs. Ces ancêtres galactiques se sont rapprochés à des vitesses de plusieurs centaines de km/s et sont encore en train de fusionner. Le système de galaxies situé à une distance d’environ 300 millions d’années-lumière - c’est-à-dire tout proche au regard des distances cosmiques - a été étudié en détail à toutes les longueurs d’onde et a jusqu’à présent été considéré comme un prototype pour l’interaction des galaxies.

Grâce aux observations avec le nouveau mode haute résolution de MUSE, l’équipe a pu montrer que le système de galaxie en interaction NGC 6240 héberge non pas deux - comme on le supposait auparavant - mais trois trous noirs supermassifs au centre. Chacun des trois noirs a une masse de plus de 90 millions de soleils. Ils sont situés à moins de 3 000 années-lumière entre eux, c’est-à-dire dans moins d’un centième de la taille totale de la galaxie. Une telle concentration de trois trous noirs supermassifs n’a jamais été découverte dans l’Univers. Ce cas apporte la preuve d’un processus de fusion simultané de trois galaxies et de leurs trous noirs centraux.

La découverte de ce triple système est d’une importance fondamentale pour comprendre l’évolution des galaxies au fil du temps. Jusqu’à présent, il n’a pas été possible d’expliquer comment les galaxies les plus grandes et les plus massives, que nous connaissons, puissent se former simplement par le biais d’une interaction classique entre galaxies lors des processus de fusion au cours des 14 derniers milliards d’années environ de l’Univers. Cependant, si des processus de fusion simultanés de plusieurs galaxies avaient lieu, alors les plus grandes galaxies dotées de trous noirs supermassifs centraux pourraient évoluer beaucoup plus rapidement. Ces observations fournissent la première indication de ce scénario.

Le spectrographe 3D MUSE a été utilisé en mode spatial haute résolution avec quatre étoiles laser générées artificiellement et un système d’optique adaptative pour obtenir ces observations uniques de haute précision de NGC 6240 avec le Very Large Telescope. Grâce à cette technologie sophistiquée, les images sont obtenues avec une netteté similaire à celle du télescope spatial Hubble (HST) mais contiennent en outre un spectre pour chaque pixel de l’image. Ces spectres ont été décisifs dans la détermination du mouvement et des masses des trous noirs supermassifs dans NGC 6240.

Les astrophysiciens supposent que la fusion imminente observée des trous noirs supermassifs dans quelques millions d’années générera également de très fortes ondes gravitationnelles. Dans un avenir proche, les signaux d’objets similaires pourraient être mesurés avec le satellite LISA et son détecteur d’ondes gravitationelles, et ainsi de nouveaux systèmes de fusion pourraient être découverts.

La galaxie irrégulière NGC 6240. De nouvelles observations montrent qu’elle abrite non pas deux mais trois trous noirs supermassifs au cœur. Le trou noir nord (N) est actif et était connu auparavant. La nouvelle image agrandie à haute résolution spatiale montre que la composante sud est constituée de deux trous noirs supermassifs (S1 et S2). La couleur verte indique la distribution du gaz ionisé par le rayonnement entourant les trous noirs. Les lignes rouges indiquent les contours de la lumière des étoiles de la galaxie et la longueur de la barre blanche correspond à 1000 années-lumière. Crédit : P. Weilbacher (AIP), NASA, ESA, Collaboration Hubble Heritage (STScI / AURA) - ESA / Hubble, et A. Evans (Université de Virginie, Charlottesville / NRAO / Université Stony Brook)

 
 

Publication :
W. Kollatschny (1), P. M. Weilbacher (2), M. W. Ochmann (1), D. Chelouche (3), A. Monreal-Ibero (4,5) R. Bacon (6), T. Contini (7)
NGC6240 : A triple nucleus system in the advanced or final state of merging, Astronomy & Astrophysics, 2019

(1) Institut für Astrophysik, Universität Göttingen, Germany
(2) Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Germany
(3) Physics Department and the Haifa Research Center for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Haifa, Israel
(4, 5) Instituto de Astrofísica de Canarias & Universidad de La Laguna, Dpto. Astrofísica, Spain
(6) Univ Lyon, Univ Lyon1, Ens de Lyon, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon UMR5574, France
(7) Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie , Université de Toulouse, CNRS, UPS, France

 

Contact scientifique français :
Dr. Roland Bacon @CRAL UMR5574 (UCBL1, ENSL, CNRS)

 
 
 

Voir en ligne : NGC6240 : A triple nucleus system in the advanced or final state of merging, Astronomy & Astrophysics, 2019