Des astronomes de l'Université de Californie à Berkeley ont découvert un phénomène unique dans l'univers – non pas un, mais deux trous noirs massifs dévorant simultanément des étoiles au sein de la même galaxie. Cette découverte extraordinaire jette une nouvelle lumière sur l'évolution des galaxies et l'interaction de leurs trous noirs supermassifs centraux, ce qui pourrait jouer un rôle clé dans la compréhension des futures ondes gravitationnelles.

Une découverte inhabituelle : un trou noir en dehors du centre de la galaxie

Jusqu'à présent, les astronomes avaient principalement trouvé des trous noirs massifs détruisant des étoiles dans les centres denses des grandes galaxies. Cependant, une nouvelle étude de Berkeley présente une exception – un trou noir d'une masse d'environ un million de soleils, situé en dehors du centre de la galaxie, dans son bulbe central, à environ 2 600 années-lumière du centre. Ce trou noir a été découvert grâce à un événement extrêmement rare connu sous le nom d'événement de rupture par effet de marée (TDE), au cours duquel un trou noir déchire une étoile avec de puissantes forces gravitationnelles qui l'étirent en forme de « spaghetti », créant d'intenses éclats de lumière.

Habituellement, les trous noirs massifs se trouvent précisément au centre des galaxies, comme notre Voie lactée et son objet central Sagittarius A*, qui pèse environ 4 millions de masses solaires. Ce nouveau trou noir, cependant, est un « vagabond » dans la partie centrale de la galaxie, et représente ainsi le premier cas de TDE détecté optiquement en dehors du noyau galactique.

Deux dévoreurs massifs – une possibilité de fusion future

La galaxie dans laquelle ce trou noir remarquable a été découvert contient également son propre trou noir supermassif central d'une masse d'environ 100 millions de masses solaires, qui consomme également actuellement le gaz environnant. De telles situations ne sont pas inconnues des scientifiques, car les grandes galaxies fusionnent souvent lors de collisions cosmiques, ce qui peut conduire à l'existence simultanée de deux ou plusieurs trous noirs massifs au sein d'une seule galaxie. Avec le temps, ces trous noirs peuvent se rapprocher et fusionner en un objet encore plus massif, et de tels événements créent des ondes gravitationnelles qui peuvent être détectées par des instruments spéciaux.

Comment ont-ils découvert cette rareté ?

Le nouveau trou noir et son événement TDE, désigné AT2024tvd, ont été observés à l'aide du Zwicky Transient Facility (ZTF) – un télescope optique à l'observatoire Palomar en Californie. La confirmation est venue d'études supplémentaires utilisant les rayons X et les ondes radio, ainsi que d'observations avec le télescope spatial Hubble. Ces méthodes ont permis de localiser précisément la source du flash lumineux et ont confirmé que l'événement ne s'est pas produit au centre même de la galaxie, mais à sa périphérie.

De tels objets « vagabonds » et leurs événements TDE sont très rares car les astronomes estiment qu'en moyenne, un trou noir massif détruit une étoile environ une fois tous les 30 000 ans. C'est précisément pourquoi cette découverte est si importante – elle ouvre la possibilité de trouver de nombreux autres trous noirs « vagabonds » similaires qui se sont formés au cours de l'histoire des fusions de galaxies.

Qu'est-ce que cela signifie pour l'avenir de l'astronomie ?

La découverte de tels trous noirs qui ne sont pas situés au centre d'une galaxie a des implications majeures pour le développement des théories sur l'évolution des galaxies et le comportement de leurs objets centraux. Il existe deux théories principales sur l'origine de ce trou noir « vagabond ». La première suggère qu'il s'agit du vestige d'une petite galaxie qui a fusionné avec une plus grande il y a longtemps, et le trou noir est toujours en orbite à l'intérieur. La seconde théorie, plus intrigante, propose que ce trou noir faisait autrefois partie d'un système de trois trous noirs au centre de la galaxie, mais a été éjecté sur cette trajectoire lointaine en raison d'interactions gravitationnelles.

Erica Hammerstein, l'une des chercheuses, a étudié en détail les images de Hubble et n'a trouvé aucune trace claire d'une fusion de galaxies passée, ce qui alimente davantage les discussions sur la cause réelle de la position du trou noir.

La recherche d'événements TDE et leur importance

Le système ZTF est d'une importance capitale dans la recherche de telles explosions lumineuses rares. Ce télescope, bien que principalement destiné à la découverte de supernovae, s'est avéré extrêmement efficace pour détecter également les TDE. À ce jour, ZTF a identifié près d'une centaine d'événements de ce type, et presque tous sont situés au centre des galaxies. L'exception AT2024tvd change considérablement le paradigme, car elle ouvre la porte à la recherche d'autres cas extraordinaires.

Les événements TDE sont inestimables pour la science astronomique car ils permettent de comprendre la physique de l'accrétion de matière autour des trous noirs et révèlent les conditions dans lesquelles les trous noirs peuvent créer de puissants jets et vents.

Laser Interferometer Space Antenna (LISA) – un regard vers l'avenir

La découverte de tels trous noirs et de leurs interactions sera d'une importance particulière pour la prochaine mission spatiale LISA, qui devrait commencer à chasser les ondes gravitationnelles issues de la fusion de trous noirs supermassifs au cours de la prochaine décennie. Alors que les détecteurs existants comme LIGO et Virgo suivent des trous noirs plus petits et des étoiles à neutrons, LISA se concentrera sur des objets ayant des masses de millions de soleils, comme ceux de la galaxie AT2024tvd.

Lorsque LISA deviendra opérationnelle, les astronomes pourront suivre plus en détail les fusions de ces objets massifs et mieux comprendre la dynamique des noyaux galactiques, ainsi que l'évolution des plus grandes structures de l'univers.

L'importance des recherches systématiques de trous noirs inhabituels

Yuhan Yao, la chercheuse principale, souligne que c'est la première fois qu'un tel TDE est découvert en dehors du centre d'une galaxie et que la découverte encourage les scientifiques à se demander à quelle fréquence de tels événements se produisent et combien de trous noirs « vagabonds » existent réellement dans les galaxies.

Les recherches précédentes se sont généralement concentrées sur les centres galactiques, mais les nouvelles découvertes suggèrent que les futures enquêtes devraient élargir leur champ d'action pour trouver davantage de ces phénomènes rares. De plus, le développement d'algorithmes qui distinguent les éclats lumineux des supernovae des événements TDE permet des découvertes plus précises et plus rapides.

Collaboration mondiale et défis futurs

La recherche a impliqué 34 co-auteurs de diverses institutions mondiales, soulignant à quel point ce domaine de l'astronomie est interdisciplinaire et internationalement connecté. Le partenariat ZTF et le soutien de la National Science Foundation américaine ont rendu possible cette analyse pionnière et ont révélé une nouvelle dimension dans l'étude des mystères cosmiques.

À mesure que la science progresse, la recherche de trous noirs « vagabonds » et le suivi de leurs TDE deviendront l'une des tâches clés de l'astrophysique moderne, et leur compréhension nous aidera à découvrir les processus cachés qui façonnent notre environnement cosmique.

Source : UC Berkeley