Des galaxies piégées au sein de la toile d'un trou noir supermassif

Publié par Adrien le 05/10/2020 à 09:00
Source: ESO
Grâce au Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, des astronomes ont découvert six galaxies situées en périphérie d'un trou noir supermassif, alors que l'Univers était âgé de moins d'un milliard d'années. C'est la toute première fois qu'un tel regroupement, formé si tôt après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que...), est observé. Cette détection nous permet de mieux comprendre la formation et la croissance si rapide des trous noirs supermassifs, dont un représentant siège au coeur de notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette...), la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est...). En outre, elle accrédite l'hypothèse selon laquelle les trous noirs sont capables de croître rapidement au sein de vastes structures semblables à de véritables toiles composées de leur carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) premier: du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre :...) en grandes quantités.


"Ce travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) a été principalement motivé par le désir de comprendre certains des objets astronomiques les plus complexes - les trous noirs supermassifs de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) jeune, en l'occurrence. Ils composent des systèmes extrêmes dont nous ne connaissons pas à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) les véritables raisons de l'existence" précise Marco Mignoli, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) National d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) (INAF) de Bologne (Bologne est une ville italienne d'environ 375 000 habitants, située dans le nord-est du pays, entre le Pô et les Apennins. C'est le chef-lieu de la...), Italie, et auteur principal de cette nouvelle étude publiée au sein de la revue Astronomy & Astrophysics Letters.

Les nouvelles observations, menées au moyen du VLT de l'ESO, ont révélé la présence de plusieurs galaxies en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une...) d'un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de masses solaires. C'est le type de...), le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) baignant au sein d'une "toile d'araignée" cosmique composée de gaz et s'étendant sur une distance supérieure à 300 fois la taille de la Voie Lactée. "Les filaments de la toile cosmique sont semblables aux fils tissés par une araignée" ajoute Marco Mignoli. "Les galaxies occupent les jonctions des filaments, y croissent, tandis que les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens...) de gaz - qui alimentent tant les galaxies que le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979....) central supermassif - s'écoulent le long des filaments."

Le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) en provenance de cette vaste structure en forme de toile, occupée en son centre par un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de la radiation de...) doté d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave). Ces...) supérieure au milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent...) de masses solaires, a été émis alors que l'Univers n'était âgé que de 900 millions d'années. "Notre travail apporte une pièce essentielle au puzzle largement incomplet que constituent la formation et la croissance de ces objets extrêmes et pourtant relativement abondants apparus peu après le Big Bang" affirme Roberto Gilli, co-auteur de l'étude et astronome à l'INAF de Bologne, au sujet des trous noirs supermassifs.

Les tous premiers trous noirs, dont nous pensons qu'ils sont issus de l'effondrement gravitationnel des premières étoiles, ont très certainement grandi très rapidement pour atteindre des masses voisines du milliard de masses solaires au cours des 900 premiers millions d'années de l'Univers. Les astronomes se sont efforcés d'expliquer la croissance si rapide de ces objets en mettant en avant la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement ou système est opérationnel par la durée totale...), à l'époque considérée, de vastes quantités de “carburants pour trous noirs”. La structure nouvellement découverte offre une hypothèse plausible: la “toile d'araignée” et les galaxies piégées en son sein, renferment du gaz en quantités suffisantes pour alimenter le trou noir central et rapidement le transformer en un géant supermassif.

Mais comment se sont formées les toutes premières structures géantes en forme de toile ? Aux dires des astronomes, la présence de vastes halos de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais dark matter, désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d’effets inattendus,...) offrirait un début de réponse à cette question. Ces régions étendues de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) invisible sont censées attirer à elles d'énormes quantités de gaz dans l'Univers primitif. Ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...), le gaz et la matière noire invisible composeraient des structures en forme de toile au sein desquelles les galaxies et les trous noirs pourraient évoluer.

"Notre découverte accrédite l'hypothèse selon laquelle les trous noirs les plus distants et les plus massifs se sont formés et développés au sein d'épais halos de matière noire, dans de vastes structures. L'absence de détection antérieure de telles structures résulte probablement de limites observationnelles" ajoute Colin Norman de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) John Hopkins à Baltimore, Etats-Unis, également co-auteur de l'étude.

Les galaxies détectées aujourd'hui figurent parmi les plus faibles - en terme de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) - que les télescopes actuels sont capables d'observer. Cette découverte a requis des heures (L'heure est une unité de mesure  :) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) au moyen des plus grands télescopes optiques disponibles, parmi lesquels le VLT de l'ESO. Grâce aux instruments MUSE et FORS2 installés sur le VLT à l'Observatoire Paranal de l'ESO dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations (moins de 250 mm par an).) chilien de l'Atacama, l'équipe a confirmé l'existence d'un lien entre quatre des six galaxies observées et le trou noir. "Nous pensons n'avoir aperçu que la partie émergée de l'iceberg - en d'autres termes, les quelques galaxies détectées à proximité de ce trou noir supermassif ne seraient que les plus brillantes", conclut Barbara Balmaverde, co-auteur de l'étude et astronome à l'INAF de Turin (Turin (Türìn en piémontais - Torino en italien) est une ville, chef-lieu de la province de même nom et capitale du Piémont en Italie.), Italie.

Ces résultats viennent enrichir notre compréhension de la formation et de l'évolution des trous noirs supermassifs ainsi que des vastes structures cosmiques. L'Extremely Large Telescope de l'ESO en cours de construction au Chili, pourra s'appuyer sur les résultats de cette étude et observer de nombreuses autres galaxies de moindre luminosité en périphérie des trous noirs massifs de l'Univers jeune, grâce aux puissants instruments dont il sera doté.
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