As­tro­phy­sique Deux trous noirs su­per­mas­sifs en or­bite

Des ob­ser­va­tions éta­lées sur douze ans semblent mon­trer pour la pre­mière fois un couple de trous noirs su­per­mas­sifs en ro­ta­tion l’un au­tour de l’autre.

La Recherche - - CONTENTS - Syl­vain Guil­baud (1) K. Ban­sal et al., Astro­phys. J., 843, 14, 2017.

À750 mil­lions d’an­nées-lu­mière de la Terre, dans la ga­laxie 0402+379, deux gar­gan­tuas, dont la masse com­bi­née avoi­sine celle de 15 mil­liards de so­leils, se tournent au­tour à quelque 20 an­nées-lu­mière de dis­tance, un jet de pierre à cette échelle cosmique. Ces chiffres étour­dis­sants sont le ré­sul­tat d’ob­ser­va­tions me­nées de­puis douze ans par une équipe amé­ri­caine (1) et consti­tue­raient la pre­mière vi­sua­li­sa­tion de deux trous noirs su­per­mas­sifs en or­bite. Les trous noirs su­per­mas­sifs oc­cupent le centre de la plu­part des ga­laxies. Or l’his­toire de l’Uni­vers montre que les ga­laxies fu­sionnent as­sez fré­quem­ment. Du­rant ce pro­ces­sus, les deux trous noirs doivent fi­nir par tour­ner l’un au­tour de l’autre. « Mais on ob­serve pour l’ins­tant très peu de ces sys­tèmes et en­core moins qui sont ré­so­lus, avec deux sources bien ap­pa­rentes », ex­plique Is­maël Co­gnard, as­tro­nome à la sta­tion de ra­dio­as­tro­no­mie de Nan­çay, dans le Cher. Par­mi les sys­tèmes connus et ré­so­lus, les deux trous noirs de 0402+379 sont sé­pa­rés de la plus pe­tite dis­tance. Néan­moins, on ne sa­vait pas s’ils tour­naient vrai­ment l’un au­tour de l’autre.

Ondes ra­dio

Com­ment ob­ser­ver des trous noirs, astres par dé­fi­ni­tion in­vi­sibles puisque même la lu­mière n’en res­sort pas ? Même si les scien­ti­fiques peuvent dé­tec­ter les ondes gra­vi­ta­tion­nelles émises par des trous noirs en train de fu­sion­ner grâce à des grands in­ter­fé­ro­mètres comme Li­go, ces ins­tru­ments ne peuvent per­ce­voir que des trous noirs de quelques di­zaines de masses so­laires. En re­vanche, les trous noirs fonc­tionnent comme des mo­teurs qui sti­mulent l’ac­ti­vi­té de leur en­vi­ron­ne­ment. Par exemple, ils peuvent pro­pul­ser la ma­tière si­tuée à proxi­mi­té dans des jets très in­tenses. Si les mé­ca­nismes à l’ori­gine de ces jets sont mal connus, la ma­tière chauf­fée à haute tem­pé­ra­ture émet du rayon­ne­ment, en par­ti­cu­lier des ondes ra­dio, que l’on peut dé­tec­ter. Ce sont ces ondes qui ont été ob­ser­vées à l’aide d’un ré­seau de ra­dio­té­les­copes aux ÉtatsU­nis, le VLBA ( Ve­ry Long Ba­se­line Ar­ray) et qui ont ser­vi de tra­ceur du dé­pla­ce­ment des trous noirs. Les scien­ti­fiques ont en­suite ex­tra­po­lé ce dé­pla­ce­ment pour es­ti­mer leur tra­jec­toire à long terme. Les ob­ser­va­tions sont com­pa­tibles avec une pé­riode de ré­vo­lu­tion d’en­vi­ron 30 000 ans. Le mou­ve­ment ef­fec­tué de­puis douze ans ne cor­res­pon­dant qu’à une mi­nus­cule par­tie de l’or­bite, ce ré­sul­tat est sou­mis à de nom­breuses in­cer­ti­tudes. Gre­go­ry Tay­lor, de l’uni­ver­si­té du Nou­veau-Mexique et au­teur de l’étude, est pru­dent : « Il y a des chal­lenges dans l’in­ter­pré­ta­tion des me­sures. Une autre sé­rie d’ob­ser­va­tions est pré­vue en 2019 et ce­la pren­dra sans doute en­core plus de temps pour être sûr que le mou­ve­ment dé­tec­té est bien une or­bite. »

Vue d’ar­tiste de la danse des trous noirs, dans la ga­laxie 0402+379.

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