SITUÉ au milieu des constellations en forme de dauphin Delphinus et du cheval volant Pégase, un vortex en forme de moulinet plane dans l’espace.
Citant BBC News Indonesia, pendant des milliards d’années, les bras spiraux de la galaxie UCG 11700 tournent paisiblement, non perturbés par les collisions et la fusion d’objets dans l’espace qui modifient la forme d’autres galaxies.
Les galaxies spirales comme UCG 11700 sont amusantes à regarder, mais quelque chose de hideux réside au centre de leurs vortex.
Au centre de cette magnifique roue cosmique se trouve l’un des objets les plus mystérieux de l’univers, un trou noir supermasif (trou noir supermassif).
Les trous noirs standard varient généralement en taille d’environ quatre fois la masse du Soleil. Pendant ce temps, les trous noirs supermassifs peuvent être des millions, voire des milliards, de fois plus gros.
Les scientifiques pensent que toutes les grandes galaxies ont un trou noir supermassif en leur centre. Mais personne ne sait, pourquoi en est-il ainsi.
C’est là que l’UCG 11700 s’avère très utile.
“La galaxie idéale pour mon étude est la galaxie spirale la plus belle et la plus parfaite que vous puissiez imaginer”, a déclaré Becky Smethurst, chercheuse junior à l’Université d’Oxford qui étudie les trous noirs supermassifs.
“Les plus belles galaxies peuvent nous aider à résoudre le mystère de l’apparition des trous noirs.”
Comment sont créés les trous noirs ?
Étudier quelque chose qui, par nature, est si dense que même la lumière ne peut s’en échapper, est très difficile.
Mais de nouvelles techniques qui examinent l’effet de ces trous noirs sur les objets célestes à proximité, ainsi que les ondulations qu’ils provoquent dans le tissu de l’espace et du temps, fournissent de nouveaux indices.
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Il y a un petit secret sur la formation et la croissance des trous noirs conventionnels.
Les étoiles qui meurent d’épuisement, explosent en supernovae, sont englouties par elles-mêmes, puis deviennent si denses que même la lumière ne peut échapper à sa gravité.
L’idée des trous noirs existe depuis des décennies et a été prédite dans la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein.
Dans la culture pop, les trous noirs sont représentés comme sombres et toujours affamés. Ils glissent à travers l’Univers en aspirant tout ce qu’ils ont traversé et en grandissant à cause de cela.
À cause de cette description, les gens pensent que les trous noirs supermassifs sont les plus anciens et les plus gourmands.
En réalité, les trous noirs ne sont pas si terribles.
Ils ne sont en fait pas très efficaces pour accréter (jargon physique pour “aspirer”) la matière autour d’eux, même dans les noyaux galactiques denses.
En fait, les étoiles détruites se développent très, très lentement, elles ne peuvent pas devenir supermassives simplement en aspirant de nouveaux matériaux.
“Disons simplement que les premières étoiles ont formé des trous noirs environ 200 millions d’années après le Big Bang”, a déclaré Smethurst.
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“Une fois qu’ils se désintègrent, il leur faut environ 13,5 milliards d’années pour devenir un trou noir des milliards de fois la masse du Soleil. C’est trop court pour devenir aussi gros, ne serait-ce que par accrétion.”
Encore plus déroutant, les trous noirs supermassifs existaient lorsque l’Univers était très jeune.
Les quasars lointains, parmi les objets cosmiques les plus brillants de l’espace, sont en fait de très vieux trous noirs supermassifs, brûlant les noyaux morts des galaxies.
Certains quasars géants existent depuis que l’Univers a au moins 670 millions d’années – au même moment où certaines des galaxies les plus anciennes se sont formées.
Bien que le centre des trous noirs soit jusqu’à présent inconnu, les trous noirs supermassifs peuvent briller plus fort qu’une galaxie d’étoiles et peuvent même émettre des “rots” de rayonnement ultraviolet lorsqu’ils engloutissent la matière qui les entoure.
Les trous noirs ont une frontière incurvée appelée l’horizon des événements. Dans cette enceinte, la lumière, l’énergie et la matière sont piégées et incapables de s’échapper.
L’espace et le temps y ont des règles différentes, de sorte que les lois de la physique qui expliquent une grande partie du fonctionnement de l’Univers ne s’y appliquent pas.
Cependant, juste au-delà de l’horizon des événements, un trou noir en rotation peut déchiqueter la matière à proximité en un disque tournant et chauffé.
Les disques à l’intérieur des quasars peuvent atteindre des températures supérieures à 10 millions de degrés Celsius, ce qui leur permet de libérer une lumière aveuglante sur l’ensemble du spectre électromagnétique.
“Les trous noirs sont les machines les plus efficaces et les plus efficientes de l’Univers”, a déclaré Marta Volonteri, chercheuse sur les trous noirs à l’Institut d’Astrophysique de Paris.
“Ils convertissent la masse en énergie avec une efficacité allant jusqu’à 40 %. Si vous pensez à ce que nous brûlons avec du carbone, ou de l’énergie chimique, ou même à ce qui arrive aux étoiles, cela équivaut à une très, très petite partie de ce qui est produit par un trou noir. .”
Essayer de résoudre le mystère
Mais les trous noirs supermassifs intéressent les scientifiques non seulement pour leur efficacité énergétique. Leur formation et leur évolution sont clairement liées au développement des galaxies et, en fin de compte, à toute l’histoire et à la structure de notre Univers.
Résoudre le mystère de ce géant cosmique représente une étape importante dans la quête des scientifiques pour comprendre pourquoi les choses sont comme elles sont.
La libération d’énergie est l’une des nombreuses façons dont les trous noirs peuvent révéler leurs secrets. Lorsqu’un trou noir fusionne ou entre en collision avec un objet moins dense comme une étoile à neutrons, l’événement crée des ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles.
Ces ondes traversent ensuite le cosmos à la vitesse de la lumière et ont été détectées pour la première fois depuis la Terre en 2015.
Depuis lors, de grands observatoires tels que le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatories (Ligo) aux États-Unis et le Virgo Facility près de Pise, en Italie, ont enregistré des ondes résultant de telles collisions.
Bien que ces observatoires utilisent des instruments de plusieurs kilomètres de diamètre, ils ne sont capables de détecter que les ondes des trous noirs de taille moyenne.
“Ligo peut détecter une fusion jusqu’à environ 150 masses solaires”, a déclaré Nadine Meumayer, qui dirige le groupe de recherche sur les noyaux galactiques à l’Institut Max Planck d’astronomie.
“Un trou noir de taille moyenne pourrait être la” graine “d’un trou noir supermassif”, a-t-il déclaré.
Des trous noirs de masse intermédiaire, a-t-il dit, pourraient s’être formés aux premiers stades de l’Univers lorsque des nuages de gaz géants se sont désintégrés ou que des étoiles sont entrées en collision.
Dans l’environnement encore étroit du jeune Univers, les collisions entre trous noirs de taille moyenne, couplées à l’accrétion de la matière environnante, pourraient accélérer sa croissance à des échelles supermassives.
Cependant, il y a un problème avec cette théorie. L’univers primitif était également très chaud. Les nuages de gaz doivent être enveloppés de rayonnement, ce qui leur donne trop d’énergie pour se briser. Et même dans le cosmos le plus dense, les lois de la physique limitent la puissance d’aspiration maximale des trous noirs.
Volonteri a déclaré que chaque explication et théorie sur les trous noirs qui existent aujourd’hui a “des faiblesses et des problèmes”, ce qui fait que les scientifiques n’ont pas de réponse définitive.
“En théorie impliquant des” processus dynamiques “, ce qui signifie que les trous noirs sont formés à partir de plusieurs étoiles au lieu d’une, c’est possible. Mais ce processus doit se produire dans des conditions très spécifiques”, a-t-il déclaré.
“Il y a aussi la théorie du” trou noir primordial “, qui dit que les trous noirs peuvent s’être formés et agrandis avant que les étoiles n’existent. Mais c’est un territoire inconnu, car nous n’avons aucune preuve observationnelle de cette théorie.”
Par conséquent, il pense que la véritable histoire de la formation des trous noirs n’a pas été racontée.
“Plus nous creusons, plus nous trouvons qu’il y a des problèmes avec des idées que nous comprenions auparavant. Il nous manque quelque chose d’important.”
La génération actuelle d’équipements d’observation commence à combler ce manque de données. Mais les scientifiques ont encore besoin de détecteurs plus grands que ceux dont ils disposent actuellement.
Dans les années 2030, la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) lanceront l’antenne d’interféromètre laser spatial (LISA), qui se compose de trois satellites volant dans une formation triangulaire, avec des côtés de 2,5 millions de kilomètres de long.
Auparavant, il y avait eu des indices sur la façon dont les ondes gravitationnelles créées par les trous noirs nous balayaient.
Début 2021, les astronomes ont annoncé qu’ils avaient détecté de minuscules différences dans les impulsions de rayonnement de 45 pulsars – des amas d’étoiles qui émettent périodiquement des faisceaux de lumière.
Bien que cela ne soit pas confirmé, les chercheurs impliquent que cela pourrait être dû à un “fond gravitationnel” qui pourrait avoir été créé en raison de la fusion de trous noirs supermassifs.
Mais il existe des moyens plus directs d’observer les trous noirs. Le télescope Event Horizon a récemment réussi à prendre la première photographie d’un trou noir.
Le télescope en révèle davantage sur leurs propriétés et les effets gravitationnels et magnétiques qu’ils provoquent sur les galaxies qu’ils habitent.
Les astrophysiciens peuvent également suivre le mouvement des étoiles en orbite autour des trous noirs des noyaux galactiques, en extrapolant des informations sur les objets massifs en leur centre.
“Il existe une corrélation étroite, plus une galaxie a de masse, plus son trou noir supermassif central est grand”, a déclaré Neumayer.
“Ces objets évoluent progressivement.”
