Découverte d’une nouvelle méthode pour mesurer les trous noirs

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Un groupe de chercheurs dont le Prof. Hagai Netzer de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Tel-Aviv, propose une nouvelle méthode améliorant considérablement la mesure de la masse des trous noirs de l’univers, qui attirent et happent tout corps qui s’en approchent et ne laissent échapper ni matière ni lumière. D’après les chercheurs, une mesure plus précise de la masse de ces dangereux objets célestes permettra de nouvelles révélations sur l’évolution des galaxies.

L’étude internationale réalisée en collaboration avec le Dr. Julián Mejía-Restrepo et le Prof. Paulina Lira de l’Université du Chili, ainsi que les Dr. Benny Trakhtenbrot de l’ETH de Zurich et Dan Capellupo de l’Université Mc Gill au Canada, a été publiée dans la revue Nature Astronomy.

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Depuis des décennies, les scientifiques le savent : au centre de la plupart des galaxies, se trouve un trou noir géant ou super-massif, dont la masse est comprise entre 100 000 et 10 milliards de fois celle du soleil. Un trou noir est un objet céleste dont le champ gravitationnel est si fort qu’aucune forme de matière ni de rayonnement ne peut s’en échapper. Ce phénomène a toujours intrigué les chercheurs. Les recherches actuelles dans le domaine se concentrent sur les différentes interactions entre ces trous noirs et les galaxies dans lesquelles ils se trouvent, ainsi que leurs effets sur l’évolution de ces dernières depuis le moment où elles se sont formées, lorsque l’univers était âgé de moins de quatre milliards d’années.

La mesure de la masse de ces trous noirs est un outil central pour de telles études, et l’exactitude de ces mesures a de nombreuses implications. La méthode la plus courante adoptée aujourd’hui est basée sur la mesure de la position et de la vitesse des nuages de gaz situés à proximité des trous noirs “actifs”, c’est-à-dire ceux qui attirent vers eux la matière environnante, la chauffe et l’engloutisse en émettant vers l’espace pendant ce processus d’énormes quantités de rayonnement, dépassant souvent celui émis par l’ensemble des étoiles de la galaxie. Les limites de cette méthode dérivent essentiellement des informations partielles disponibles sur l’emplacement de ces nuages de gaz et sur leurs déplacements.

L’étude est basée sur des mesures spectrales extrêmement détaillées, allant de l’ultraviolet à l’infrarouge, de près de 40 trous noirs actifs situés au centre de galaxies d’environ quatre milliards d’années. Elle a été réalisée avec l’aide des télescopes géants de l’Observatoire européen austral (ESO), et a permis aux chercheurs de cartographier avec précision l’émission d’un corps appelé disque d’accrétion, beaucoup plus proche du trou noir que les nuages de gaz utilisés jusqu’à présent pour en mesurer la masse, dans lequel la matière environnante tombe en spirale avant d’être définitivement absorbée par le trou. En analysant les propriétés du rayonnement émis, les chercheurs ont trouvé que l’on pouvait grâce à lui mesurer la masse du trou noir avec une grande précision. Il s’agit d’une autre méthode, indépendante de celle utilisée jusqu’à présent. Elle permet de calibrer et de corriger les résultats des mesures obtenues par l’ancienne de manière à obtenir une mesure de la masse plus précise.

Selon le Prof. Netzer, “il sera possible à l’avenir de faire de tels ajustements des anciennes mesures de la masse de la plupart des trous noirs actifs”. Pour le Prof. Netzer, qui travaille depuis de nombreuses années sur le développement de méthodes de mesures de la masse des trous noirs, cette amélioration permettra de mieux comprendre comment leur formation a influencé celle des galaxies qui se sont créées dans le jeune univers.

“En particulier, on peut s’attendre à une amélioration significative de la compréhension des processus qui relient les galaxies et les trous noirs dans le jeune univers quand il était âgé de moins de 4 milliards d’années. Par exemple, plus le trou noir est grand et plus il absorbe de gaz, plus l’influence sur l’environnement du rayonnement émis par son disque d’accrétion est importante. Ce rayonnement est capable de “nettoyer” la galaxie des nuages de gaz à partir desquels se forment les étoiles, et par là de limiter et même stopper son développement. “Une mesure plus précise de la masse du trou noir nous permettra de mieux calculer le processus par lequel une petite galaxie de l’univers primitif s’est transformée en une galaxie géante dans l’univers actuel”, conclut le Prof. Netzer.

 

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