🌀 Trois trous noirs supermassifs repérés dans une même galaxie

Trois trous noirs massifs en pleine croissance semblent cohabiter dans une seule galaxie, observée lorsque l’Univers n’avait qu’environ 1,2 milliard d’années.

Cette galaxie, appelée J0148-4214, se trouve à un décalage vers le rouge de 5,0167. Cette mesure indique que sa lumière a été fortement étirée par l’expansion de l’Univers. Les astronomes la voient donc telle qu’elle était très tôt dans l’histoire cosmique. Le télescope spatial James-Webb a permis d’examiner sa lumière avec suffisamment de précision pour distinguer plusieurs zones très compactes.

Les chercheurs n’ont pas photographié directement les trous noirs. Ils ont étudié la lumière émise par le gaz qui tourne rapidement autour d’eux avant de tomber vers leur centre. Ce gaz produit notamment une raie lumineuse liée à l’hydrogène. Lorsqu’elle apparaît très élargie, cela révèle des vitesses élevées près d’un objet massif en train d’absorber de la matière.

Deux de ces zones se trouvent au cœur de la galaxie. Elles ne sont séparées que d’environ 190 parsecs, soit près de 620 années-lumière. Une troisième apparaît plus loin, à environ 1,7 kiloparsec du centre, soit quelque 5 500 années-lumière. Une telle disposition fournit un indice rare sur la croissance des trous noirs dans les jeunes galaxies.

Les masses estimées sont très différentes. Le plus gros trou noir central atteindrait environ 80 millions de fois la masse du Soleil. Son voisin serait proche de 630 000 masses solaires. Le troisième, situé hors du centre, approcherait deux millions de masses solaires. Ces valeurs restent des estimations obtenues à partir de la vitesse du gaz et de sa luminosité.

Pour comprendre l’intérêt de cette configuration, il faut revenir à la formation des galaxies. Dans le jeune Univers, celles-ci se rapprochaient et fusionnaient fréquemment. Leurs trous noirs pouvaient alors se retrouver réunis dans le même système. Les observations de J0148-4214 donnent accès à une étape où plusieurs de ces objets semblent encore distincts et actifs.

Les auteurs ont examiné d’autres explications possibles pour les émissions observées, notamment des supernovae, des vents rapides ou des étoiles très massives. Leur analyse favorise toutefois la présence de trois régions alimentées par des trous noirs. Pour les deux objets centraux, leur faible séparation renforce l’hypothèse d’un rapprochement progressif sous l’effet de la gravité.

Selon une estimation fondée sur leur mouvement dans la galaxie, les deux trous noirs centraux pourraient finir par fusionner en moins de 700 millions d’années. Le troisième pourrait ensuite rejoindre le centre, mais son histoire reste incertaine.

De futures observations devront préciser si ce système peut devenir une source d’ondes gravitationnelles détectable par les observatoires spatiaux prévus pour les prochaines décennies.