Pour la première fois, les astronomes pensent avoir repéré deux paires de galaxies naines fusionnantes, chaque paire arborant un duo de trous noirs qui entreront bientôt en collision. Les observations pourraient révéler de nouveaux détails sur la formation précoce de grandes galaxies comme notre propre Voie lactée, ainsi que sur les trous noirs supermassifs qui se cachent en leur centre.
Malgré leur taille relativement petite, les galaxies naines ont un impact scientifique considérable. Considérées comme le type de galaxie le plus abondant au cours des premières centaines de millions d’années après le big bang, lorsque l’univers en expansion était plus petit et plus dense qu’il ne l’est aujourd’hui, les galaxies naines ont dû être les ancêtres des plus gros objets que nous voyons aujourd’hui. Au fil des éons, de grandes galaxies se sont progressivement assemblées via d’innombrables collisions de leurs parents nains, supposent les scientifiques. Mais la question de savoir si ces blocs de construction cosmiques contenaient également d’importants trous noirs centraux était une question ouverte. Maintenant, cependant, les astronomes pensent avoir découvert un indice. Ils ont trouvé des preuves de trous noirs volumineux se nourrissant de gaz et de poussière dans ce qui semble être deux paires de galaxies naines en collision. L’équipe a décrit les deux systèmes candidats dans un article publié le mois dernier dans le Journal astrophysique.
Les chercheurs ont déjà trouvé des exemples de fusion de galaxies naines, dont certaines montraient même des signes d’abriter un trou noir dans l’une des galaxies, explique l’auteur principal de l’étude, Marko Mićić, doctorant en astronomie à l’Université de l’Alabama. Mais jamais auparavant personne n’avait vu de trous noirs doubles dans des naines en collision – la clé de la raison pour laquelle les nouvelles découvertes sont si intrigantes. Chacun des deux systèmes que Mićić et ses collègues ont étudiés, dit-il, est “un analogue complet d’événements qui se sont probablement produits dans le tout premier univers”.
Et peut-être le meilleur de tous, l’une des deux paires est relativement proche en termes cosmiques – à seulement 760 millions d’années-lumière, ce qui en fait une bonne cible pour des observations plus approfondies. Cela ne veut pas dire que ces observations seront faciles : parce que les galaxies naines ne contiennent qu’une fraction évanescente des étoiles et de la masse contenues dans une galaxie typique de la taille de la Voie lactée, elles sont également plus faibles et plus difficiles à étudier que leurs homologues plus grandes. . Et elles ne se comportent pas nécessairement de la même manière que les grandes galaxies.
“Les galaxies naines ressemblent généralement à de petites épaves de train – elles sont désordonnées et chaotiques”, explique Sabrina Stierwalt, spécialiste des galaxies naines à l’Occidental College, qui n’a pas participé à la nouvelle recherche. “Ce sont des laboratoires très cool.”
Pour repérer les deux fusions intrigantes, Mićić et ses collègues ont utilisé les données d’archives d’un trio d’instruments : l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA, le télescope spatial WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de l’agence spatiale, maintenant appelé NEOWISE, et le Canada- France-Hawaii Telescope (CFHT), situé à Hawaï.
Bien que les trous noirs eux-mêmes soient invisibles, ils peuvent déclencher les feux d’artifice les plus brillants de l’univers lorsqu’ils dévorent la matière environnante. La matière qui tombe tourbillonne autour d’eux à presque la vitesse de la lumière, s’échauffant pour émettre de puissantes lueurs qui brillent à travers le cosmos dans de multiples longueurs d’onde de lumière. Chandra a vu cette lueur dans la partie rayons X du spectre électromagnétique, tandis que WISE l’a aperçue dans l’infrarouge. Voir des lueurs jumelles pour chaque paire de naines fusionnantes dans les données Chandra et WISE suggère – mais ne confirme pas – la présence dans chacun des deux trous noirs « actifs » qui se nourrissent, selon les chercheurs. CFHT a fourni des images des galaxies naines elles-mêmes, révélant des preuves étoilées des probables collisions intergalactiques, ainsi que des taches optiquement lumineuses alignées avec les rayons X et les lueurs infrarouges.
La fusion candidate la plus proche semble se situer dans les derniers stades de la coalescence, avec une galaxie naine accompagnée d’une queue flamboyante et agglomérée de débris stellaires qui sont probablement les restes déchiquetés de l’autre. Cette queue a inspiré les scientifiques à surnommer le système Mirabilis, nommé d’après Loddigesia est magnifique, une espèce de colibri qui possède deux longs panaches de queue minces qui se terminent par une pagaie de plumes de ping-pong.
Le deuxième candidat est beaucoup plus éloigné – environ 3,2 milliards d’années-lumière – et est plus tôt dans le processus de fusion. Parce que les deux galaxies naines sont plus largement séparées dans l’espace et encore largement intactes, les scientifiques leur ont donné des noms, appelant l’un Elstir et l’autre Vinteuil en clin d’œil aux personnages du roman de Marcel Proust. A la recherche du temps perdu. Cette fusion, dit Mićić, prendra probablement des centaines de millions d’années.
Mićić et ses collègues obtiennent des observations supplémentaires des deux paires, en particulier en lumière radio et ultraviolette. Certaines de ces observations de suivi pourraient éliminer les incertitudes persistantes, petites mais importantes, quant à savoir si les galaxies sont vraiment des naines plutôt que l’épave tordue de galaxies géantes déchirées par les forces gravitationnelles dans les amas de galaxies qu’elles habitent. Un examen plus approfondi pourrait également étayer les arguments en faveur des lueurs brillantes de leurs noyaux provenant réellement de trous noirs voraces et même les aider à calculer les masses de ces géants cachés.
Si la découverte se concrétise, dit Stierwalt, elle pourrait devenir un élément crucial pour résoudre le plus grand casse-tête cosmique de la façon exacte dont les galaxies et les trous noirs ont émergé et coévolué à travers l’histoire de l’univers. “Ce serait un élément de preuve important que certains des processus qui se produisent dans les fusions massives de galaxies se produisent également dans les fusions de galaxies naines”, dit-elle, “comme le fait que vous pouvez avoir une fusion de trous noirs.”
