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Entrevus occasionnellement au cœur d’amas massifs de galaxies, les trous noirs ultramassifs comptent parmi les objets les plus grands et les plus insaisissables de l’univers. Ces mastodontes de trous noirs ont des masses dépassant celles de 10 milliards de soleils, ce qui les rend bien plus monstrueux que même les trous noirs supermassifs trouvés au centre de galaxies comme la Voie lactée, et leur taille énorme a longtemps laissé les astronomes perplexes.
Maintenant, les chercheurs qui étudient une rare fusion de galaxies avec trois trous noirs supermassifs en son centre ont peut-être enfin découvert les origines de ces monstres cosmiques.
À l’aide d’une simulation cosmologique à haute résolution appelée ASTRID, l’équipe a modélisé l’évolution de l’univers tel qu’il apparaissait il y a environ 11 milliards d’années. Dans la simulation, l’équipe a assisté à la naissance d’un trou noir ultramassif suite à la fusion des trois galaxies. Chacune de ces galaxies contenait son propre quasar, un trou noir supermassif qui se nourrit de gaz et alimente des explosions massives de rayonnement qui peuvent éclipser toutes les étoiles de leurs galaxies hôtes combinées.
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Lorsque les triples quasars se sont rencontrés, ils ont formé un trou noir encore plus massif tout en déclenchant simultanément une frénésie alimentaire qui a permis à l’objet combiné d’atteindre le statut ultramassif.
« Nous avons trouvé un système très rare contenant un triplet de quasar à l’époque du midi cosmique – il y a environ 11 milliards d’années, lorsque les galaxies et les trous noirs supermassifs atteignent leur pic d’activité », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Yueying Ni (s’ouvre dans un nouvel onglet), un boursier postdoctoral au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, a déclaré à Live Science par e-mail. « Le système est composé de trois quasars brillants alimentés par des trous noirs supermassifs, chacun résidant dans des galaxies massives d’environ 10 fois la masse de notre galaxie, la Voie lactée. »
La simulation de l’équipe a montré que les triples quasars ont probablement fusionné au cours de 150 millions d’années et ont formé le trou noir le plus massif de toute la simulation, avec une masse supérieure à 300 milliards de fois celle du soleil – soit plus que toutes les étoiles de la Voie lactée. combinés, selon Ni.
« Cela indique un canal de formation possible de ces trous noirs ultramassifs par des événements de fusion extrêmes de plusieurs trous noirs supermassifs », a déclaré Ni.
La rareté des systèmes à triple quasar peut expliquer pourquoi les trous noirs ultramassifs dans l’univers réel sont si insaisissables.
« Bien qu’en général, nous nous attendions à ce que des systèmes plus massifs hébergent des trous noirs plus massifs, les trous noirs ultramassifs sont insaisissables, car la croissance des trous noirs est un processus assez autorégulé », a expliqué Ni. « Dans un système/une galaxie isolés, lorsqu’un trou noir devient suffisamment massif, il dépose une forte rétroaction dans son environnement et se limite à une croissance plus rapide. »
En d’autres termes, les astronomes s’attendent à ce que la formation d’un trou noir ultramassif avec une masse même à l’extrémité inférieure du spectre (environ 10 milliards de fois celle du soleil) ne se produise que dans des scénarios très rares et extrêmes. Dans ce cas, cela se présente sous la forme de fusions répétées de trois galaxies très massives.
Comme travail de suivi, l’équipe a l’intention de faire une analyse statistique des systèmes à plusieurs quasars dans la simulation ASTRID pour étudier les propriétés de leurs galaxies hôtes, faire des observations fictives et retracer comment le trou noir ultramassif et la galaxie hôte évoluent au fur et à mesure que le la simulation se poursuit.
La recherche a été publiée le 30 novembre 2022 dans Les lettres du journal astrophysique (s’ouvre dans un nouvel onglet).
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