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Cosmic Horseshoe, découvert en 2007, est un système où une galaxie massive au premier plan déforme et amplifie la lumière d'une galaxie lointaine, créant un anneau d'Einstein presque parfait. Cette configuration rare offre une fenêtre unique sur les propriétés des galaxies impliquées.
Cosmic Horseshoe, montrant l'anneau d'Einstein formé par la lentille gravitationnelle.
Crédit: NASA/ESA/Hubble
Une équipe de chercheurs, dirigée par Carlos Melo-Carneiro, a révélé la présence d'un trou noir ultra-massif au cœur de la galaxie lentille, formant l'anneau d'Einstein LRG 3-757. Avec une masse estimée à 36 milliards de fois celle du Soleil, ce trou noir chamboule les attentes et les modèles actuels.
Les trous noirs ultra-massifs, bien que mal définis, sont généralement considérés comme ayant une masse supérieure à 5 milliards de fois celle de notre Soleil. Leur découverte dans des galaxies comme LRG 3-757 soulève des questions sur leur formation et leur évolution.
La relation MBH-sigmae, qui lie la masse des trous noirs supermassifs à la dispersion de vitesse des étoiles dans leur galaxie hôte, est un outil précieux pour les astronomes. Cependant, le trou noir du Cosmic Horseshoe s'écarte significativement de cette relation, suggérant des processus évolutifs différents.
Plusieurs hypothèses sont avancées pour expliquer cette déviation, y compris des fusions galactiques passées ou des effets de rétroaction des noyaux galactiques actifs. Ces scénarios pourraient expliquer comment le trou noir a pu atteindre une telle masse sans une dispersion de vitesse stellaire correspondante.
Les futures missions, comme Euclid et le Télescope Extremely Large, promettent d'élargir notre compréhension de ces géants cosmiques. Ces outils permettront d'étudier en détail des milliers de lentilles gravitationnelles, offrant de nouvelles perspectives sur l'évolution des galaxies et des trous noirs.
Cette étude, publiée sur arXiv, ouvre la voie à une meilleure compréhension des trous noirs les plus massifs de l'Univers et de leur rôle dans l'évolution cosmique.
Qu'est-ce qu'une lentille gravitationnelle ?
Une lentille gravitationnelle est un phénomène où la lumière d'un objet lointain est déviée et amplifiée par la gravité d'un objet massif situé entre cet objet et l'observateur. Ce phénomène, prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein, permet aux astronomes d'étudier des objets très éloignés qui seraient autrement invisibles.
La déformation de la lumière peut créer des images multiples, des arcs ou même des anneaux complets, comme dans le cas de Cosmic Horseshoe. Ces effets sont entre autres utilisés pour mesurer les masses des objets formant les lentilles et pour étudier la distribution de la matière noire dans l'Univers.
Les lentilles gravitationnelles sont également des outils précieux pour tester les théories de la gravité et pour explorer l'Univers à des époques reculées. Elles ont permis de découvrir des galaxies très anciennes et d'étudier l'expansion de l'Univers.
Comment mesure-t-on la masse d'un trou noir ?
La masse d'un trou noir supermassif est souvent estimée en observant le mouvement des étoiles ou du gaz autour de lui. Dans les galaxies lointaines, où ces observations directes sont difficiles, les astronomes utilisent des relations empiriques, comme la relation MBH-sigmae.
Cette relation lie la masse du trou noir à la dispersion de vitesse des étoiles dans le bulbe galactique. Une dispersion de vitesse élevée indique généralement un trou noir plus massif. Cependant, cette méthode a ses limites, comme le montre le cas du trou noir ultra-massif de Cosmic Horseshoe.
D'autres méthodes incluent l'observation des disques d'accrétion ou des jets émis par les trous noirs actifs. Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients, et les astronomes combinent souvent plusieurs techniques pour obtenir les estimations les plus précises.