Télescope spatial Hubble

Le télescope spatial Hubble de la NASA et l’observatoire de rayons X de la NASA se sont associés pour identifier un nouvel exemple possible d’une rare classe de trous noirs. Appelée NGC 6099 HLX-1, cette source de rayons X brillante semble résider dans un cluster d’étoiles compact dans une galaxie elliptique géante.

Quelques années seulement après son lancement en 1990, Hubble a découvert que les galaxies à travers l’univers peuvent contenir des trous noirs supermassifs dans leurs centres pesant des millions ou des milliards de fois la masse de notre Soleil. De plus, les galaxies contiennent également jusqu’à des millions de petits trous noirs pesant moins de 100 fois la masse du soleil. Ceux-ci se forment lorsque des étoiles massives atteignent la fin de leur vie.

Beaucoup plus insaisissables sont des trous noirs de masse intermédiaire (IMBHS), pesant entre quelques centaines à quelques 100 000 fois la masse de notre Soleil. Cette catégorie de trous noirs pas trop petite, pas trop petite, est souvent invisible pour nous parce que les IMBH ne engloutirent pas autant de gaz et d’étoiles que les supermassifs, ce qui émettrait des rayonnements puissants. Ils doivent être pris en charge de la recherche de nourriture pour être trouvés. Lorsqu’ils dévorent occasionnellement une étoile de contournement malheureuse – dans ce que les astronomes appellent un événement de perturbation des marées – ils déversent un gusher de rayonnement.

Le plus récent IMBH probable, capturé de grignotage dans les données du télescope, est situé à la périphérie de la Galaxy NGC 6099 à environ 40 000 années-lumière du Centre du Galaxy, comme décrit dans une nouvelle étude du Journal astrrophysique. La galaxie est située à environ 450 millions d’années-lumière dans la constellation Hercules.

Une image du télescope spatial Hubble d’une paire de galaxies: NGC 6099 (en bas à gauche) et NGC 6098 (supérieur droit). Le blob violet décrit l’émission de rayons X à partir d’un cluster d’étoiles compact. Les rayons X sont produits par un trou noir de masse intermédiaire déchirant une étoile.

Science: NASA, ESA, CXC, Yi-Chi Chang (Université nationale Tsing Hua); Traitement d’images: Joseph Depasquale (STSCI)

Les astronomes ont d’abord vu une source inhabituelle de rayons X dans une image prise par Chandra en 2009. Ils ont ensuite suivi son évolution avec l’Observatoire spatial XMM-Newton d’ESA.

«Les sources de rayons X avec une telle luminosité extrême sont rares à l’extérieur des noyaux de galaxie et peuvent servir de sonde clé pour identifier les IMBH insaisissables. Ils représentent un lien crucial dans l’évolution des trous noirs entre la masse stellaire et les trous noirs supermassifs», a déclaré l’auteur principal Yi-chi Chang de la National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan.

L’émission de rayons X provenant de NGC 6099 HLX-1 a une température de 3 millions de degrés, conformément à un événement de perturbation des marées. Hubble a trouvé des preuves d’un petit groupe d’étoiles autour du trou noir. Ce cluster donnerait le trou noir pour se régaler, car les étoiles sont si étroitement remplies ensemble qu’elles ne sont qu’à quelques mois de lumière (environ 500 milliards de miles).

L’IMBH suspecté a atteint une luminosité maximale en 2012, puis a continué à diminuer à 2023. Les observations optiques et radiographiques au cours de la période ne se chevauchent pas, ce qui complique l’interprétation. Le trou noir a peut-être déchiré une étoile capturée, créant un disque de plasma qui affiche la variabilité, ou il peut avoir formé un disque qui scintille alors que le gaz tombe vers le trou noir.

“Si l’IMBH mange une étoile, combien de temps faut-il pour avaler le gaz de l’étoile? “Alors maintenant, nous devons attendre et voir s’il s’évaser plusieurs fois, ou il y a eu un début, il y avait un pic, et maintenant ça va juste aller jusqu’à ce qu’il disparaisse.”

L’IMBH est à la périphérie de l’hôte Galaxy, NGC 6099, à environ 40 000 années-lumière du Galaxy’s Center. Il y a vraisemblablement un trou noir supermassif au cœur de la galaxie, qui est actuellement au repos et ne dévore pas une étoile.

L’équipe souligne que faire une enquête auprès des IMBHS peut révéler comment les trous noirs supermassifs plus grands se forment en premier lieu. Il existe deux théories alternatives. La première est que les IMBH sont les graines pour construire des trous noirs encore plus grands en venant ensemble, car les grandes galaxies se développent en prenant des galaxies plus petites. Le trou noir au milieu d’une galaxie pousse également pendant ces fusions. Les observations de Hubble ont révélé une relation proportionnelle: plus la galaxie est énorme, plus le trou noir est grand. L’image émergente avec cette nouvelle découverte est que les galaxies pourraient avoir des «Imbhs satellites» cette orbite dans le halo d’une galaxie mais ne tombent pas toujours au centre.

Une autre théorie est que les nuages de gaz au milieu des halos de la matière noire dans l’univers précoce ne font pas d’abord les étoiles, mais s’effondrent directement dans un trou noir supermassif. La découverte par le télescope spatial James Webb de la NASA de trous noirs très éloignés étant de manière disproportionnée plus massive par rapport à leur galaxie hôte a tendance à soutenir cette idée.

Cependant, il pourrait y avoir un biais d’observation vers la détection de trous noirs extrêmement massifs dans l’univers distant, car ceux de plus petite taille sont trop faibles pour être vus. En réalité, il pourrait y avoir plus de variété dans la façon dont notre univers dynamique construit des trous noirs. Des trous noirs supermassifs s’effondrent à l’intérieur des halos de la matière sombre pourraient simplement se développer d’une manière différente de ceux qui vivent dans des galaxies naines où l’accrétion de trou noir pourrait être le mécanisme de croissance privilégié.

“Donc, si nous avons de la chance, nous allons trouver plus de trous noirs flottants devenant soudainement brillants à cause d’un événement de perturbation des marées. Si nous pouvons faire une étude statistique, cela nous dira combien de ces IMBH sont, à quelle fréquence ils perturbent une étoile, la façon dont les galaxies plus grandes se sont développées en assemblant les plus petites galaxies.” dit soria.

Le défi est que Chandra et XMM-Newton ne regardent qu’une petite fraction du ciel, de sorte qu’ils ne trouvent pas souvent de nouveaux événements de perturbation de marée, dans lesquels les trous noirs consomment des étoiles. L’Observatoire de Vera C. Rubin au Chili, un télescope d’enquête All-Sky de la US National Science Foundation et du ministère de l’Énergie, pourrait détecter ces événements en lumière optique jusqu’à des centaines de millions d’années-lumière. Les observations de suivi avec Hubble et Webb peuvent révéler le cluster d’étoiles autour du trou noir.

Le télescope spatial Hubble fonctionne depuis plus de trois décennies et continue de faire des découvertes révolutionnaires qui façonnent notre compréhension fondamentale de l’univers. Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère les opérations de télescope et de mission. Lockheed Martin Space, basé à Denver, soutient également les opérations de mission à Goddard. Le Space Telescope Science Institute de Baltimore, qui est exploité par l’Association of Universities for Research in Astronomy, mène Hubble Science Operations for NASA.