Les astronomes ont trouvé une place avec trois trous noirs supermassifs en orbite l'un autour de l'autre

0
48

Les astronomes ont repéré trois trous noirs supermassifs (SMBH) au centre de trois galaxies en collision, à un milliard d'années-lumière de la Terre. Cela seul est inhabituel, mais les trois trous noirs brillent également dans les émissions de rayons X. Ceci est la preuve que tous les trois sont également des noyaux galactiques actifs (AGN,) en train de engloutir du matériau et de s'enflammer de plein fouet.

Cette découverte pourrait éclairer le «problème de parsec final, "Un problème de longue date en astrophysique et en fusion de trous noirs.

Les astronomes ont trouvé les trois SMBH dans les données de plusieurs télescopes, y compris le Sloan Digital Sky Survey (SDSS), l’observatoire à rayons X Chandra et l’explorateur infrarouge à grand champ (WISE). Les trois trous noirs sont enveloppés dans événement épique inimaginable; une fusion de trois galaxies. Ces fusions de triplets peuvent jouer un rôle crucial dans la croissance des trous noirs les plus massifs au fil du temps.

«C’est la preuve la plus solide à ce jour pour un système triple de ce type, consistant à alimenter activement des trous noirs supermassifs.»

Ryan Pfeifle, Université George Mason, auteur principal.

Les astronomes qui l'ont trouvée ne s'attendaient pas à trouver trois trous noirs au centre d'une fusion de trois galaxies.

«À l'époque, nous ne recherchions que des paires de trous noirs et pourtant, grâce à notre technique de sélection, nous sommes tombés sur cet incroyable système», a déclaré Ryan Pfeifle de l'Université George Mason à Fairfax, en Virginie, premier auteur d'un nouveau Le journal astrophysique décrivant ces résultats. «C’est la preuve la plus solide à ce jour pour un système triple de ce type, consistant à alimenter activement des trous noirs supermassifs.»

Les systèmes à trois trous noirs sont difficiles à repérer car il se passe tellement de choses dans leur voisinage. Ils sont enveloppés de gaz et de poussière, ce qui rend la vision difficile. Dans cette étude, il a fallu plusieurs télescopes fonctionnant dans différentes parties du spectre électromagnétique pour découvrir les trois trous. Il a également fallu le travail de certains citoyens scientifiques.

Ils sont non seulement difficiles à repérer, mais rares. "Les trous noirs doubles et triples sont extrêmement rares", a déclaré le co-auteur Shobita Satyapal, également de George Mason, "mais de tels systèmes sont en réalité une conséquence naturelle des fusions de galaxies, ce qui, selon nous, est le mode de croissance et d'évolution des galaxies."

L'image principale est une image d'archive du télescope spatial Hubble. Le coin supérieur droit est une image des données de l'observatoire à rayons X de Chandra. L'image inférieure gauche est une image de résolution inférieure Sloan Digital Sky Survey. Crédit d'image: Hubble / Chandra / SDSS / Pfeifle et. al., 2019.
L'image principale est une image d'archive du télescope spatial Hubble. Le coin supérieur droit est une image des données de l'observatoire à rayons X de Chandra. L'image inférieure gauche est une image de résolution inférieure Sloan Digital Sky Survey. Crédit d'image: Hubble / Chandra / SDSS / Pfeifle et. al., 2019.

Le SDSS a été le premier à repérer cette triple fusion à la lumière visible, mais ce n’est que par Zoo de galaxie, un projet de science citoyenne, selon lequel il a été identifié comme un système de collision de galaxies. Ensuite, WISE a constaté que le système brillait dans l’infrarouge, ce qui indique qu’il était dans une phase de fusion de galaxies à laquelle plus d’un des trous noirs devaient s’alimenter.

Les données Sloan et WISE n'étaient cependant que des indices alléchants, et les astronomes se sont tournés vers l'observatoire Chandra et le grand télescope binoculaire (LBT) pour plus de confirmation. Les observations de Chandra ont montré qu'il y avait des sources de rayons X lumineuses au centre de chaque galaxie. C’est exactement là où les scientifiques s’attendent à trouver des SMBH.

De nouvelles preuves montrant que des SMBH étaient présentes sont arrivées de Chandra et de la NASA. Télescope Spectroscopique Nucléaire (NuSTAR) satellite. Ils ont trouvé des traces de grandes quantités de gaz et de poussière près de l'un des trous noirs. C’est ce qui est attendu lorsque les trous noirs fusionnent. D’autres données optiques provenant du SDSS et du LBT ont fourni des preuves spectrales caractéristiques des trois SMBH qui se nourrissent.

Illustration d'artiste de l'observatoire à rayons X de Chandra. Chandra est le télescope à rayons X le plus sensible jamais construit. Crédit: NASA / CXC / NGST
Illustration d'artiste de l'observatoire à rayons X de Chandra. Chandra est le télescope à rayons X le plus sensible jamais construit et a joué un rôle important dans cette découverte. Crédit: NASA / CXC / NGST

«Les spectres optiques contiennent une mine d'informations sur une galaxie», a déclaré Christina Manzano-King, co-auteur de l'Université de Californie, Riverside. "Ils sont couramment utilisés pour identifier les trous noirs supermassifs qui s'accumulent activement et peuvent refléter l'impact qu'ils ont sur les galaxies qu'ils habitent."

Grâce à ces travaux, l’équipe d’astronomes a mis au point un moyen de trouver davantage de ces systèmes à triple trou noir. «En utilisant ces principaux observatoires, nous avons identifié un nouveau moyen d’identifier les trous noirs triples supermassifs. Chaque télescope nous donne un indice différent sur ce qui se passe dans ces systèmes », a déclaré Pfeifle. "Nous espérons prolonger notre travail pour trouver plus de triples en utilisant la même technique."

Ils ont peut-être également apporté des éclaircissements sur le problème du parsec final.

Le dernier problème de Parsec

Le dernier problème de parsec est au cœur de notre compréhension des fusions binaires de trous noirs. C’est un problème théorique qui dit que lorsque deux trous noirs se rapprochent, leur énergie orbitale excessive les empêche de se fusionner. Ils peuvent arriver dans quelques années-lumière, puis le processus de fusion s'interrompt.

Lorsque deux trous noirs se rapprochent pour la première fois, leurs trajectoires hyperboliques les font se chevaucher. Au fil du temps, alors que les deux trous interagissent avec les étoiles à proximité, ils frondent les étoiles par gravitation, transférant une partie de leur énergie orbitale à une étoile à chaque fois. L’émission d’ondes gravitationnelles diminue également l’énergie des trous noirs.

Finalement, les deux trous noirs ont libéré suffisamment d’énergie orbitale pour se ralentir et s’approcher de plus près, et se rapprocher à quelques parsecs les uns des autres. Le problème est que, à mesure qu'ils se rapprochent, de plus en plus de matière est éjectée de leur voisinage via une élingue. Cela signifie qu’il n’ya plus de matière pour que les trous noirs puissent interagir et dégager plus d’énergie orbitale. À ce stade, le processus de fusion est bloqué. Ou il devrait.

Les astrophysiciens savent pourtant que les trous noirs se confondent car ils ont été témoins des puissantes ondes gravitationnelles. En réalité, LIGO (Observatoire d'interférométrie laser à ondes gravitationnelles) découvre une fusion de trous noirs environ une fois par semaine. La manière dont ils se fusionnent à la fin est appelée le dernier problème de parsec.

L'équipe derrière cette étude pense qu'ils pourraient avoir une réponse. Ils pensent qu'un troisième trou noir, comme ils l'ont observé dans ce système, pourrait donner l'impulsion nécessaire à la fusion de deux trous. Lorsqu'une paire de trous noirs dans un système trinaire se rapprochent, le troisième trou peut les inciter à fermer le parsec final et à le fusionner.

Selon des simulations informatiques, environ 16% des paires de trous noirs supermassifs dans des galaxies en collision auront interagi avec un troisième trou noir supermassif avant leur fusion. Ces fusions produiraient des ondes gravitationnelles, mais le problème est que ces ondes auraient une fréquence trop basse pour LIGO ou VIERGE observatoire à détecter.

Le spectre des ondes gravitationnelles et les instruments qui les observent. LISA est un interféromètre spatial et peut détecter des choses que LIGO ne peut pas. Crédit d'image: ESA / NASA / LISA
Le spectre des ondes gravitationnelles et les instruments qui les observent. LISA est un interféromètre spatial et peut détecter des choses que LIGO ne peut pas. Crédit d'image: ESA / NASA / LISA

Pour les détecter, les scientifiques devront peut-être s’appuyer sur de futurs observatoires tels que LISA, le logiciel ESA / NASA. Antenne spatiale interféromètre laser. LISA observera les ondes gravitationnelles à plus basse fréquence que LIGO ou VIRGO et est mieux équipée pour trouver des trous noirs super massifs en fusion.

Le document présentant ces résultats s’intitule «Un triple AGN dans une fusion Galaxy dans une phase tardive sélectionnée dans l'infrarouge moyen. "

Plus:

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.