C'est une découverte que les scientifiques font rarement : trois paires de trous noirs supermassifs prêts à entrer en fusion ont été repérées. Ce sont des quasars doubles.

Découvrir une paire de trous noirs entrant en fusion est assez rare. En identifier trois relève encore plus de l’exploit : c’est la trouvaille que viennent de faire des scientifiques ce 26 août 2020. Dans la revue The Astrophysical Journal, ils présentent leur découverte (une version prépubliée du texte est accessible en intégralité sur arXiv).

De telles paires de trous noirs sont appelées « quasars doubles » par les auteurs. « Au fur et à mesure que l’Univers croît de façon hiérarchique, les galaxies subissent parfois des fusions majeures les unes avec les autres », rappellent les chercheurs. De tels événements peuvent favoriser la croissance des trous noirs supermassifs logés au centre de ces galaxies. Dans certains cas, les deux trous noirs peuvent avaler de la matière en même temps et apparaitre comme « un double quasar lumineux ». On estime que seul 0,3 % des quasars connus possèdent deux trous noirs supermassifs qui sont prêts à fusionner.

SDSS J141637.44+003352.2, l’un des doubles quasars détectés. // Source : Silverman et al.

Trois quasars doubles, dont deux inconnus jusqu’à présent

« Nous avons confirmé trois quasars doubles, dont deux n’étaient auparavant pas connus », annoncent les scientifiques dans leur étude. Les quasars sont connus pour leur très grande luminosité, et le décalage vers le rouge de leur spectre plus élevé que celui d’une galaxie (si un quasar et une galaxie ont la même brillance, on peut en déduire que le quasar est plus éloigné que la galaxie). Les scientifiques s’accordent pour dire que le quasar est une région qui entoure le trou noir supermassif au centre d’une grande galaxie. La matière en orbite autour du trou noir dans un disque d’accrétion est tellement chauffée que l’objet devient très lumineux. Sa luminosité peut même surpasser celle de sa propre galaxie. C’est pourquoi il est complexe de détecter des fusions, car la lumière produite par l’activité des trous noirs se confond.

À l’origine, les scientifiques ne cherchaient pas des paires de quasars, mais voulaient déterminer dans quelles galaxies tendaient à se trouver des quasars. En explorant les données du Sloan Digital Sky Survey (un relevé astronomique effectué depuis le Nouveau-Mexique), ils ont remarqué que, parmi 34 476 quasars connus, certains présentaient deux sources optiques. 421 candidats de quasars doubles ont été identifiés. Il a encore fallu analyser leur lumière en détail pour repérer les trois paires présentées dans cette étude. Pour cela, les scientifiques ont utilisé des spectromètres de l’observatoire W. M. Keck et de l’observatoire Gemini (Hawaï). Les auteurs ont pu constater que le gaz se déplaçait rapidement sous l’effet de la présence de trous noirs supermassifs.

Une meilleure connaissance des quasars doubles devrait aider les scientifiques à comprendre encore mieux la manière dont les galaxies et leurs trous noirs supermassifs peuvent croître.

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