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Situé dans la galaxie NGC 7727, dans la constellation du Verseau, le couple de trous noirs supermassifs se trouve à environ 89 millions d'années-lumière de la Terre. Bien que cette distance puisse sembler éloignée, elle réduit de loin le précédent record de 470 millions d'années-lumière, ce qui fait de cette nouvelle paire de trous noirs supermassifs la plus proche de nous à ce jour.
Les trous noirs supermassifs se cachent au centre des galaxies massives et lorsque deux de ces galaxies fusionnent, les trous noirs finissent par entrer en collision. Le couple de NGC 7727 a battu le record de la plus petite distance séparant deux trous noirs supermassifs, puisqu'ils sont observés à seulement 1600 années-lumière de distance dans le ciel. "C'est la première fois que nous trouvons deux trous noirs supermassifs aussi proches l'un de l'autre, moins de la moitié de la distance qui séparait le précédent détenteur du record", explique Karina Voggel, astronome à l'Observatoire de Strasbourg (France) et auteur principal de l'étude publiée aujourd'hui en ligne dans Astronomy & Astrophysics.
"La faible séparation et la vitesse des deux trous noirs indiquent qu'ils vont fusionner en un seul trou noir colossal, probablement dans les 250 millions d'années à venir", ajoute le co-auteur Holger Baumgardt, professeur à l'université du Queensland, en Australie. La fusion de trous noirs comme ceux-ci pourrait expliquer comment les trous noirs les plus massifs de l'Univers ont vu le jour.
Karina Voggel et son équipe ont pu déterminer les masses des deux objets en observant comment la force gravitationnelle des trous noirs influence le mouvement des étoiles qui les entourent. Le plus gros trou noir, situé au coeur de NGC 7727, a une masse de près de 154 millions de fois celle du Soleil, tandis que son compagnon a une masse de 6,3 millions de masses solaires.
C'est la première fois que les masses ont été mesurées de cette manière pour une paire de trous noirs supermassifs. Cet exploit a été rendu possible grâce à la proximité du système par rapport à la Terre et aux observations détaillées que l'équipe a réalisées à l'Observatoire de Paranal, au Chili, à l'aide de l'instrument MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) du VLT de l'ESO, un instrument avec lequel Karina Voggel a appris à travailler lorsqu'elle était étudiante à l'ESO. En mesurant les masses avec MUSE et en utilisant des données supplémentaires du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA, l'équipe a pu confirmer que les objets de NGC 7727 étaient bien des trous noirs supermassifs.
Les astronomes soupçonnaient que la galaxie abritait les deux trous noirs, mais ils n'avaient pas été en mesure de confirmer leur présence jusqu'à présent, car nous ne voyons pas de grandes quantités de rayonnement de haute énergie provenant de leur environnement immédiat, ce qui les trahirait si c'était le cas. "Notre découverte implique qu'il pourrait y avoir beaucoup plus de ces vestiges de fusions de galaxies et qu'ils pourraient contenir de nombreux trous noirs massifs cachés qui attendent encore d'être découverts", déclare Karina Voggel. "Cela pourrait augmenter de 30 % le nombre total de trous noirs supermassifs connus dans l'Univers local".
La recherche de semblables paires de trous noirs supermassifs cachés devrait faire un grand bond en avant grâce à l'Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO, qui devrait entrer en service dans le courant de la décennie dans le désert d'Atacama au Chili. "La détection de cette paire de trous noirs supermassifs n'est qu'un début", déclare le co-auteur Steffen Mieske, astronome à l'ESO au Chili et responsable des opérations scientifiques de Paranal de l'ESO. "Avec l'instrument HARMONI sur l'ELT, nous serons en mesure de faire des détections comme celle-ci beaucoup plus loin que ce qui est actuellement possible. L'ELT de l'ESO fera partie intégrante de la compréhension de ces objets."