2 trous noirs supermassifs sont enfermés dans l'orbite la plus étroite que nous ayons jamais vue

 2 trous noirs supermassifs sont enfermés dans l'orbite la plus étroite que nous ayons jamais vue

Une danse macabre se déroule au cœur d'une galaxie de l'Univers lointain.

À environ 10 milliards d'années-lumière, deux trous noirs supermassifs sont enfermés dans une orbite si serrée qu'ils entreront en collision et formeront un trou noir beaucoup plus grand dans le temps relativement court de seulement 10 000 ans.

Cela équivaut à une distance orbitale de seulement 0,03 année-lumière, soit environ 50 fois la distance moyenne entre le Soleil et Pluton. Pourtant, ils se déplacent si vite qu'il ne faut que deux années terrestres pour que les deux objets complètent une orbite binaire, contre 248 ans pour Pluton.

Il existe plusieurs raisons pour lesquelles les binaires de trous noirs supermassifs intéressent les astronomes.

Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de la plupart des galaxies, les noyaux autour desquels tout le reste tourbillonne. Lorsque deux sont trouvés ensemble, cela indique que deux galaxies se sont réunies.

Nous savons que ce processus se produit, donc trouver un binaire de trou noir supermassif peut nous dire à quoi il ressemble dans les étapes finales.

Les binaires de trous noirs supermassifs peuvent également nous dire comment ces objets colossaux – des millions à des milliards de fois la masse du Soleil – peuvent devenir si incroyablement massifs.

Les fusions de trous noirs binaires sont l'un des moyens par lesquels cette croissance peut se produire. La découverte de trous noirs supermassifs binaires nous aidera à comprendre s'il s'agit d'une voie commune pour cette croissance, ce qui pourrait conduire à une modélisation plus précise.

L'objet en question est un quasar, nommé PKS 2131-021. Ce sont des galaxies dans lesquelles le noyau galactique est actif ; c'est-à-dire que le trou noir supermassif accumule de la matière à un rythme effréné, brûlant de la chaleur générée par le frottement et la gravité dans la matière qui s'enroule autour du noyau.

Certains quasars font exploser des jets de plasma presque à la vitesse de la lumière depuis les régions polaires du trou noir, canalisés et accélérés par des lignes de champ magnétique autour de l'extérieur de l'objet. PKS 2131 est un quasar projetant un jet droit dans la direction de la Terre, ce qui en fait ce que nous appelons un blazar.

Une équipe d'astronomes étudiant les variations de luminosité des quasars a remarqué quelque chose d'étrange à propos du faisceau blazar de PKS 2131 dans les fréquences radio, trouvant la même signature dans les données recueillies en 2008. Il semblait osciller sur des échelles de temps régulières, sa luminosité fluctuant avec une onde sinusoïdale presque parfaite. modèle jamais vu auparavant dans un quasar.

"PKS 2131 variait non seulement périodiquement, mais de manière sinusoïdale", a déclaré l'astronome Tony Readhead de Caltech. "Cela signifie qu'il existe un modèle que nous pouvons suivre en continu au fil du temps."

La piste a semblé se terminer lorsque seuls deux autres pics ont été trouvés dans les données d'archives, un en 2005 et un autre en 1981. Mais ensuite, en 2021, le projet a suscité l'intérêt de l'astronome Sandra O'Neill de Caltech. Elle et une équipe de chercheurs ont revisité les archives de données pour voir jusqu'où ils pouvaient remonter dans le temps pour retracer cet étrange schéma.

Ils ont frappé la saleté. Dans les données de l'observatoire Haystack réalisées entre 1975 et 1983, une plus grande partie du modèle a émergé, conformément au moment du reste des observations.

"Lorsque nous avons réalisé que les pics et les creux de la courbe de lumière détectés ces derniers temps correspondaient aux pics et aux creux observés entre 1975 et 1983, nous savions que quelque chose de très spécial se passait", a déclaré O'Neill.

Selon l'analyse de l'équipe, le "tic-tac" régulier du signal est généré par le mouvement orbital des deux trous noirs. Alors qu'ils se tournent l'un autour de l'autre sur des échelles de temps de deux ans, la lumière radio s'estompe et s'éclaircit, en raison du mouvement orbital du jet, ce qui provoque un décalage Doppler qui amplifie la lumière lorsque le trou noir se dirige vers nous.

Les données d'archives montrent que cette onde sinusoïdale peut être observée de manière constante pendant huit ans à partir de 1976, après quoi elle a disparu pendant 20 ans. Cela était probablement dû à un changement ou à une perturbation de l'approvisionnement en matériau alimentant le trou noir supermassif. Après 20 ans, le modèle a réapparu et s'est poursuivi depuis, environ 17 ans maintenant, ont déclaré les chercheurs.

Un autre système similaire, OJ 287, suggère que l'interprétation est valide. Ce blazar a deux trous noirs supermassifs proches en orbite tous les 12 ans, à une distance d'un tiers d'année-lumière. Il montre également des fluctuations de la luminosité radio, bien que plus irrégulières et sans la forme d'onde sinusoïdale.

Bien que nous ne soyons pas là pour voir la fusion éventuelle des trous noirs supermassifs dans PKS 2131, ils pourraient nous montrer comment rechercher des systèmes similaires. À leur tour, ceux-ci pourraient nous rapprocher de la compréhension du déroulement de ces collisions colossales.