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.
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. »