Un trou noir précoce
Au centre de la plupart des galaxies se trouve un trou noir. La plupart de ces trous noirs n'ont qu'une faible masse par rapport à leur galaxie. Des chercheurs de l'ETH ont maintenant découvert un trou noir particulièrement massif. Il s'est apparemment développé si rapidement que sa galaxie d'origine n'a pas pu suivre le rythme. Cela remet en question les réflexions actuelles sur l'évolution des galaxies.
CID-947 est le nom de l'objet étudié par Benny Trakhtenbrot, chercheur à l'Institut d'astronomie de l'ETH Zurich, en collaboration avec une équipe internationale d'astrophysiciens. Les observations effectuées à l'observatoire Keck à Hawa? et avec différents télescopes spatiaux ont montré qu'il s'agissait d'une galaxie très lointaine avec un trou noir extrêmement massif. La galaxie et le trou noir proviennent d'une époque où l'Univers n'avait que 14 pour cent de son ?ge actuel, soit moins de deux milliards d'années (aujourd'hui, près de 14 milliards d'années se sont écoulées depuis le Big Bang).
L'analyse des données collectées à Hawa? a révélé que le trou noir de CID-947, avec près de dix milliards de masses solaires, fait partie des trous noirs les plus massifs connus à ce jour. Mais ce qui a particulièrement surpris les chercheurs, ce n'est pas la valeur record du trou noir, mais la masse de la galaxie : "Notre mesure correspond à la masse d'une galaxie normale", explique Trakhtenbrot, post-doctorant dans le groupe d'astrophysique extragalactique de la professeure Marcella Carollo. "Nous avons donc un trou noir très massif dans une galaxie normale", un résultat qui a laissé les astronomes perplexes. C'est pourquoi deux chercheuses ont déterminé la masse de la galaxie indépendamment l'une de l'autre. Toutes deux sont arrivées au même résultat. Dans le numéro actuel de la revue spécialisée "Science", l'équipe fait part de ses résultats.
Tout était différent au début ?
La plupart des galaxies, dont notre Voie lactée, abritent en leur centre un trou noir qui renferme une masse totale de millions à des milliards de masses solaires. "Les trous noirs sont des objets dont la gravitation est si forte que rien - pas même la lumière - ne peut leur échapper. La théorie de la relativité d'Einstein décrit comment ils déforment eux-mêmes l'espace-temps", explique le professeur de l'ETH Kevin Schawinski, coauteur de la nouvelle étude. Les trous noirs peuvent être détectés parce que la matière est fortement accélérée par la grande attraction qu'elle subit à proximité et qu'elle émet ainsi un rayonnement particulièrement riche en énergie.
Les observations ont montré jusqu'à présent que les trous noirs sont d'autant plus massifs que leur galaxie d'origine contient d'étoiles. "Cela est vrai pour l'univers local, qui ne reflète que la situation dans le passé proche de l'univers", explique Benny Trakhtenbrot. Ici, la croissance des trous noirs et la formation des étoiles vont apparemment de pair. Si l'on part du principe que des étoiles se forment d'une part à partir d'un réservoir commun de gaz froid et que d'autre part le trou noir au centre est alimenté, c'est tout à fait plausible, explique l'astronome. En outre, selon certaines études, le rayonnement émis pendant la croissance du trou noir contr?le ou même stoppe la formation d'étoiles, l'énergie libérée réchauffant le gaz. Cependant, les nouveaux résultats laissent maintenant supposer que ces processus se déroulaient différemment, du moins dans l'univers primitif.
La formation d'étoiles se poursuit
Le jeune trou noir lointain observé par Trakhtenbrot et ses collègues a une masse environ dix fois inférieure à celle de sa galaxie. Dans l'univers local actuel, les trous noirs atteignent une masse de seulement 0,2 à 0,5 pour cent de la masse de leur galaxie d'origine. "Cela signifie que ce trou noir a grandi de manière beaucoup plus efficace que sa galaxie - ceci contrairement aux modèles qui prédisent une évolution main dans la main", explique le chercheur de l'ETH. Les astronomes concluent également de leurs observations que le trou noir a atteint la fin de sa croissance, tandis que des étoiles continuent à se former. Contrairement aux hypothèses précédentes, le flux d'énergie et de gaz alimenté par le trou noir n'a donc pas stoppé les naissances d'étoiles.
Même dans le futur, la galaxie pourrait continuer à cro?tre, mais le rapport entre la masse du trou noir et celle des étoiles resterait inhabituellement élevé. CID-947 pourrait ainsi être un précurseur des systèmes les plus extrêmes et les plus massifs que nous observons aujourd'hui dans l'Univers local, comme la galaxie NGC 1277 dans la constellation de Persée, à 220 millions d'années-lumière de notre Voie lactée, supposent les chercheurs. Ils espèrent en apprendre davantage sur l'évolution des galaxies gr?ce aux observations réalisées avec le radiotélescope Alma au Chili.