Impression d’artiste d’une région poussiéreuse autour d’un trou noir. Les trous noirs les plus couverts de poussière peuvent empêcher complètement les rayons X et la lumière visible de s’échapper, mais la même poussière peut être chauffée par un trou noir en croissance et briller fortement dans les longueurs d’onde infrarouges. Crédit : ESA/NASA, projet AVO et Paolo Padovani
De nouvelles recherches menées par l’université de Newcastle et publiées dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ont révélé que les trous noirs supermassifs masqués par la poussière sont plus susceptibles de croître et de libérer d’énormes quantités d’énergie lorsqu’ils se trouvent à l’intérieur de galaxies qui devraient entrer en collision avec une galaxie voisine.
Les trous noirs supermassifs, dont la masse est des millions, voire des milliards de fois supérieure à celle de notre Soleil, se trouvent au cœur des galaxies, dont notre Voie lactée. Ces trous noirs augmentent leur taille en consommant le gaz qui y pénètre en spirale. Toutefois, les facteurs qui poussent le gaz à s’approcher suffisamment des trous noirs pour être consommé restent un sujet d’étude permanent.
Une possibilité est que lorsque les galaxies sont suffisamment proches les unes des autres, elles sont susceptibles d’être gravitationnellement attirées l’une vers l’autre et de « fusionner » en une galaxie plus grande.
Dans les dernières étapes de son voyage dans un trou noir, le gaz s’illumine et produit une énorme quantité d’énergie. Cette énergie est généralement détectée à l’aide de la lumière visible ou des rayons X. Cependant, les astronomes qui ont mené cette étude n’ont pu détecter les trous noirs en croissance qu’à l’aide de la lumière infrarouge. L’équipe a utilisé des données provenant de nombreux télescopes, notamment le télescope spatial Hubble et le télescope spatial infrarouge Spitzer.
Les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique pour déterminer la probabilité que deux galaxies soient très proches l’une de l’autre et qu’elles entrent en collision à l’avenir. Ils ont appliqué cette nouvelle méthode à des centaines de milliers de galaxies de l’univers lointain (en examinant les galaxies formées entre 2 et 6 milliards d’années après le Big Bang) afin de mieux comprendre ce que l’on appelle le « midi cosmique », une période où la majeure partie de la croissance des galaxies et des trous noirs de l’univers est censée avoir eu lieu.
Comprendre comment les trous noirs se sont développés à cette époque est fondamental pour la recherche galactique actuelle, notamment parce que cela peut nous donner un aperçu du trou noir supermassif situé à l’intérieur de la Voie lactée et de la façon dont notre galaxie a évolué au fil du temps.
En raison de leur éloignement, seul un petit nombre de galaxies du midi cosmique répond aux critères requis pour obtenir des mesures précises de leur distance. Il est donc très difficile de savoir avec une grande précision si deux galaxies sont très proches l’une de l’autre.
Cette étude présente une nouvelle méthode statistique permettant de surmonter les limites précédentes de la mesure des distances précises des galaxies et des trous noirs supermassifs à l’échelle du midi cosmique. Elle applique une approche statistique pour déterminer les distances des galaxies en utilisant des images à différentes longueurs d’onde et supprime le besoin de mesures spectroscopiques de la distance pour les galaxies individuelles.
Les données fournies par le télescope spatial James Webb dans les années à venir devraient révolutionner les études dans l’infrarouge et révéler encore plus de secrets sur la croissance de ces trous noirs poussiéreux.
Sean Dougherty, étudiant de troisième cycle à l’université de Newcastle et auteur principal de l’article, déclare : « Notre nouvelle approche consiste à examiner des centaines de milliers de galaxies lointaines à l’aide d’une approche statistique et à se demander quelle est la probabilité que deux galaxies soient proches l’une de l’autre et donc susceptibles d’entrer en collision. »
Chris Harrison, co-auteur de l’étude, « Ces trous noirs supermassifs sont très difficiles à trouver parce que la lumière des rayons X, que les astronomes utilisent habituellement pour trouver ces trous noirs en croissance, est bloquée et n’est pas détectée par nos télescopes. En revanche, ces mêmes trous noirs peuvent être repérés grâce à la lumière infrarouge, produite par la poussière chaude qui les entoure. »
Il ajoute : « La difficulté de trouver ces trous noirs et d’établir des mesures précises de la distance explique pourquoi il a été difficile jusqu’à présent d’identifier ces galaxies lointaines de « midi cosmique ». Avec le JWST, nous nous attendons à trouver beaucoup plus de ces trous noirs cachés en pleine croissance. Le JWST sera beaucoup plus performant pour les trouver, et nous aurons donc beaucoup plus à étudier, y compris ceux qui sont les plus difficiles à trouver. À partir de là, nous pourrons mieux comprendre la poussière qui les entoure et découvrir combien de trous noirs sont cachés dans des galaxies lointaines ».
Référence : « Obscured AGN enhancement in galaxy pairs at cosmic noon : evidence from a probabilistic treatment of photometric redshifts » par Sean L Dougherty, C M Harrison, Dale D Kocevski et D J Rosario, 8 mai 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stad1300