Trois trous noirs supermassifs ont été observés au cœur d'une galaxie située à 400 millions d'années-lumière. La découverte montre que des fusions multiples, impliquant plus de deux galaxies, ne sont peut-être pas rares dans l'univers.

Pour la première fois, une galaxie contenant trois trous noirs supermassifs en son centre a été observée dans l’univers. La découverte, annoncée le 21 novembre 2019, a fait l’objet d’une étude publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics, a repéré CNN. Une prépublication du texte a été déposée sur la plateforme arXiv.org.

Les trois trous noirs se trouvent dans la galaxie NGC 6240, qui se trouve à 400 millions d’années-lumière de nous et qui ressemble à un papillon. L’Agence spatiale européenne mentionnait déjà que cette galaxie abrite deux énormes trous noirs : c’est plutôt atypique, mais on sait l’expliquer. La présence de trois trous noirs supermassifs est plus surprenante. Ils sont très proches les uns des autres au centre de NGC 6240 : ils sont logés dans un espace qui représente à peine un centième de la taille totale de la galaxie. Chacun de ces trous noirs équivaut à plus de 90 millions de masses solaires.

La galaxie NGC 6240 photographiée par le télescope Hubble. // Source : Wikimedia/CC/NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University) (photo recadrée)

Des galaxies avec un, voire deux trous noirs : on connaissait déjà

Il est admis que les galaxies massives, comme la Voie lactée, possèdent un trou noir supermassif en leur centre, comme le rappelle la Nasa. Un trou noir est dit supermassif lorsque sa masse représente un million de fois celle du Soleil, ou davantage. Une relation particulière lie les trous noirs supermassifs à leurs galaxies : ils fonctionnent en tandem. On sait aussi que « la fusion de deux galaxies entraîne la formation d’un trou noir binaire », rappellent les scientifiques dans leur étude : dans ce système hypothétique, il y a deux trous noirs et ils sont en orbite l’un autour de l’autre.

D’après les auteurs, « ces trous noirs binaires peuvent évoluer en noyaux actifs de galaxie simples ou doubles, si leurs noyaux sont en train d’accumuler du gaz ». Dans le cas de NGC 6240, on a soupçonné que la galaxie a été formée par la collision entre deux autres galaxies plus petites, expliquant la présence des deux trous noirs supermassifs déjà connus en son centre. Les deux petites galaxies se seraient heurtées à la vitesse de 100 kilomètres par seconde et seraient actuellement toujours en fusion. La découverte d’un troisième trou noir oblige les scientifiques à repenser les conditions de la formation de cette galaxie. Il leur faut envisager que « des systèmes à trous noirs triples peuvent se former », écrivent-ils.

Les trois trous noirs au centre de la galaxie NGC 6240. // Source : P Weilbacher (AIP), NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University) (photo recadrée)

Les fusions multiples ne sont peut-être pas rares

Afin d’observer NGC 6240, les scientifiques ont utilisé le Très Grand Télescope (VLT), installé dans le désert de l’Atacama au Chili. Il observe dans la lumière visible. C’est l’instrument MUSE (« Multi Unit Spectroscopic Explorer ») qui a été sollicité. Cela a permis aux scientifiques d’obtenir des images très nettes. Ils ont ainsi pu étudier les mouvements et les masses des trous noirs supermassifs logés au cœur de la galaxie.

Grâce à cette observation, les scientifiques savent que trois trous noirs et leurs galaxies peuvent fusionner ensemble. C’est une information importante pour la compréhension des galaxies les plus grandes et les plus massives : il est aujourd’hui difficile d’expliquer leur taille gigantesque par des processus de fusion plus habituels. L’univers est âgé de moins de 14 milliards d’années et ces processus auraient pris trop de temps. « Les fusions multiples conduisent à une évolution plus rapide des galaxies massives, par rapport aux fusions binaires », écrivent les auteurs. Cette étude ouvre la voie à une hypothèse : la fusion de plusieurs galaxies (plus que deux) n’est peut-être pas si rare.

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