Une étude portant sur des dizaines de galaxies situées à plusieurs milliards d’années-lumière de la nôtre a révélé des trous noirs qui dépassent de loin nos attentes quant à la taille de ces monstres.
Cette découverte nous aide non seulement à mieux comprendre l’évolution des éléments constitutifs de notre Univers, mais elle nous laisse avec une nouvelle question intrigante : comment des trous noirs comme ceux-ci peuvent-ils devenir si incroyablement massifs ?
Les noyaux effondrés d’étoiles massives, appelés trous noirs, n’ont plus besoin d’être présentés. Nous avons entendu parler de leur fracas cosmique qui fait onduler l’espace-temps, nous les avons observés en train d’éructer et nous nous attendons à obtenir très bientôt l’image la plus proche de leur nature.
Il semble que nous n’ayons jamais assez de ces choses, et il y a une bonne raison à cela.
“Les galaxies sont les éléments constitutifs de notre Univers, et pour comprendre leur formation et leur évolution, nous devons d’abord comprendre ces trous noirs”, explique la physicienne Julie Hlavacek-Larrondo de l’Université de Montréal au Canada.
Les trous noirs ne nous facilitent pas la tâche. Pour contourner le problème délicat de l’étude d’un objet qui aime garder ses secrets cachés dans un vide impénétrable, les astrophysiciens cherchent des raccourcis.
L’un d’eux consiste à trouver une relation entre la masse d’un trou noir et la galaxie qui l’entoure. S’il existait un moyen facile de faire correspondre la taille d’une galaxie avec le trou noir qui se trouve en son cœur, cela permettrait d’éviter bien des tracas.
Hlavacek-Larrondo s’est donc associé à d’autres chercheurs du Canada, d’Espagne et du Royaume-Uni pour étudier 72 galaxies dans un rayon de 3,5 milliards d’années-lumière afin de voir s’ils pouvaient trouver une formule permettant d’estimer la masse du trou noir en leur centre.
Pour estimer la taille des trous noirs eux-mêmes, ils ont analysé le spectre des rayons X émis par le disque tourbillonnant de gaz chauffé aspiré dans leur puits de gravité fou.
Les chercheurs ont ensuite corrélé ce chiffre avec la luminosité globale de la galaxie environnante.
Il est logique que plus la galaxie est grande, plus le trou noir est grand – mais cette relation n’est pas aussi simple qu’ils le pensaient.
“Nous avons découvert des trous noirs beaucoup plus grands et beaucoup plus massifs que prévu”, explique Mar Mezcua, auteur principal de l’étude, de l’Institut des sciences spatiales en Espagne.
Plutôt que de croître en tandem, la masse d’un certain nombre de trous noirs a largement dépassé les attentes, augmentant plus rapidement que les autres étoiles dans leur voisinage.
En fait, environ 40 % d’entre eux pesaient l’équivalent de 10 milliards de fois la masse de notre Soleil, voire plus.
Il n’y a pas beaucoup plus gros ; le record actuel est d’environ 17 milliards de soleils, mais d’autres études font état d’un monstre de 40 milliards de masses solaires situé à 12,1 milliards d’années-lumière.
Quoi qu’il en soit, ces bébés sont énormes. La question est maintenant : pourquoi ?
Les chercheurs ont proposé deux hypothèses : soit ils ont commencé gros et ont ensuite attiré une galaxie autour d’eux, soit il nous manque quelque chose dans nos connaissances actuelles sur la façon dont les galaxies produisent des trous noirs.
“Sont-ils si grands parce qu’ils avaient une longueur d’avance ou parce que certaines conditions idéales leur ont permis de croître plus rapidement pendant des milliards d’années ?”, explique Mezcua.
“Pour l’instant, il n’y a aucun moyen pour nous de le savoir”.
Une autre étude, disponible sur le site arxiv.org, pourrait apporter une réponse.
En examinant plus de 30 000 galaxies situées jusqu’à 12,2 milliards d’années-lumière, les chercheurs ont découvert que le rapport entre la croissance d’un trou noir et le taux de croissance des étoiles augmentait avec la taille de la galaxie qui les entoure.
En d’autres termes, les galaxies contenant plus d’étoiles semblent avoir des trous noirs plus gourmands.
La relation entre la formation des étoiles et les trous noirs est manifestement complexe. Mais une chose devient certaine : notre Univers ne serait pas le même sans ces monstres.
Cette recherche a été publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.