Trou noir supermassif - Définition

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- Introduction - Trous noirs supermassifs au centre des galaxies - Formation - Propriétés - Exemples

Introduction

En haut : Vue d’artiste d’un trou noir supermassif absorbant de la matière dans la galaxie RXJ 1242-11. En bas à gauche : Photo prise dans les rayons X avec le télescope Chandra. En bas à droite : photo optique prise par l’ESO.

Un trou noir supermassif est, en astrophysique, un trou noir dont la masse est d’environ un million à un milliard de masses solaires. C’est le type de trou noir le plus massif, bien avant le trou noir primordial (encore hypothétique), le trou noir stellaire et le trou noir intermédiaire.

Trous noirs supermassifs au centre des galaxies

Aujourd’hui, de nombreuses observations montrent qu’à peu près toutes les grosses galaxies possèdent un trou noir supermassif en leur centre. C’est par exemple le cas de notre propre galaxie, la Voie lactée. Les observations les plus significatives de la présence d’un tel trou noir dans notre galaxie sont celles du mouvement orbital des étoiles les plus proches du centre galactique, dans la région appelée Sagitarius A*. Le suivi des trajectoires a permis de mesurer directement la masse du trou noir central : 2,6 ± 0,2 millions de masses solaires. En 2002, des astronomes ont suivi l’étoile S2 dans Sagitarius A*, et ont pu montrer qu’elle s’approchait jusqu’à une distance aussi proche que 17 heures-lumière du trou noir central.

Formation

La formation des trous noirs supermassifs est encore fortement débattue puisqu’elle se fait certainement sur de grandes échelles de temps, à comparer à la formation d’un trou noir stellaire lors de l’explosion d’une supernova, produite par une étoile massive, comme une étoile Wolf-Rayet.

L’hypothèse la plus simple de la formation des trous noirs supermassifs est évidemment de commencer par un trou noir stellaire qui ensuite accrétera de la matière sur des milliards d’années. Cette hypothèse a cependant de nombreux défauts, parmi lesquels la nécessité d’une très grande densité d’étoiles pour nourrir continuellement le trou noir. Mais surtout, des observations ont montré l’existence de trous noirs supermassifs à très grands décalages vers le rouge, c’est-à-dire au début de l’évolution de l’univers. Ces trous noirs n’ont ainsi pas eu le temps de se former par simple accrétion d’étoiles. Il est possible que la formation de tels trous noirs soit en fait très rapide au début de la vie de l’univers.

Le satellite Chandra a également permis d’observer au centre de la galaxie NGC 6240 deux trous noirs supermassifs en orbite l’un autour de l’autre.

Propriétés

Par comparaison avec un trou noir stellaire, la densité moyenne d’un trou noir supermassif peut en fait être très faible (parfois plus faible que celle de l’eau). Cela s’explique par le fait que le rayon de Schwarzschild du trou noir croît corrélativement avec la masse, ce qui induit que la densité décroît selon le carré de la masse : plus le trou noir est grand, plus sa densité moyenne chute, même si sa masse croît sans limite. Autre fait notable, les forces de marées sont négligeables au voisinage de l’horizon des événements d’un trou noir supermassif, car la singularité gravitationnelle centrale en est très éloignée. Ce qui fait qu’un explorateur s’approchant d’un trou noir supermassif ne ressentirait rien de particulier lors de son franchissement de l’horizon.