Existe-t-il des galaxies possédant deux trous noirs supermassifs en leur cœur, au lieu d'un seul ? Des astronomes se sont penchés sur cette théorie en analysant 9 années de données sur des émissions de rayons gamma.

La plupart des galaxies contiennent un trou noir supermassif en leur centre : dans la communauté des astronomes, cette affirmation est communément admise. Mais existe-t-il des galaxies qui possèdent, non pas un, mais deux trous noirs supermassifs ? De tels objets restent théoriques. Néanmoins, une équipe de scientifiques s’intéresse à cette hypothèse : ses travaux pourraient bien ouvrir la voie à de plus amples recherches.

Leur étude, publiée dans The Astrophysical Journal le 19 juin 2020 (disponible dans une version prépubliée sur arXiv) porte sur les jets émis par les trous noirs supermassifs. Certaines des galaxies possédant un trou noir supermassif sont classées comme des galaxies actives (ou « noyau actif de galaxie ») : leur région centrale est très lumineuse et des phénomènes énergétiques très intenses s’y produisent. Certaines de ces sources peuvent même émettre des jets, dont une grande partie de l’énergie est libérée sous forme de rayons gamma.

Le Fermi Gamma-ray Space Telescope. // Source : Flickr/CC/NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet

À la recherche de « motifs » dans les émissions de rayons gamma

C’est l’étude de « motifs » réguliers dans ces émissions de rayons gamma qui intéresse les auteurs. « La recherche d’émissions périodiques dans une source peut fournir des informations sur sa nature astrophysique », rappellent les scientifiques. Plusieurs hypothèses ont été invoquées pour tenter d’expliquer la présence d’émissions régulières originaires de galaxies actives. « L’existence de trous noirs supermassifs binaires » (des systèmes composés de deux trous noirs supermassifs) est l’une d’elles.

Dans ces travaux, les auteurs ont identifié des émissions périodiques de rayons gamma de 11 galaxies actives. À partir des observations menées à l’aide du Fermi Gamma-ray Space Telescope, un télescope spatial de l’agence spatiale américaine, les scientifiques ont travaillé sur 9 années de données. Sur un total de 2 274 galaxies actives analysées, 11 sont sorties du lot. Les chercheurs ont pu repérer des répétitions dans leurs signaux de rayons gamma, avec des cycles de plusieurs années. En moyenne, ces signaux se répètent tous les 2 ans.

Un échantillon prometteur

« Il s’agit du premier grand échantillon d’émetteurs périodiques de rayons gamma jamais trouvés, ce qui permettra d’étudier les propriétés de ce type de sources  », indiquent les astronomes en conclusion de leur étude. Pour plusieurs de ces galaxies actives, les scientifiques constatent un décalage vers le rouge plus ou moins important (un phénomène qui peut se produire lorsque la source lumineuse s’éloigne de l’observateur), « ce qui peut soutenir l’idée de systèmes de trous noirs supermassifs binaires comme explication de leur comportement périodique ».

L’analyse des observations du Fermi Gamma-ray Space Telescope n’est pas terminée : les astronomes ont repéré 13 autres galaxies prometteuses, dont les émissions semblent elles aussi avoir un comportement cyclique.

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