Les trous noirs supermassifs et leurs galaxies hôtes fonctionnent en « tandem » : voici ce que ça signifie

Les trous noirs et les galaxies « vieillissement ensemble » : voilà ce qu’ont mis en évidence des scientifiques dans une étude de la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (une prépublication complète du texte est accessible ici). L’étude, relayée par le journal YaleNews le 30 septembre 2019 et repérée par Gizmodo, explore le lien intime et étonnant entre de gigantesques trous noirs et les galaxies auxquelles ils sont liés.

« Les trous noirs et leurs galaxies s’assemblent en tandem », écrivent les auteurs, qui déduisent « que la croissance d’un trou noir suit simplement la formation d’étoiles » dans la galaxie. Selon eux, les liens qui unissent les trous noirs et leurs galaxies hôtes existent très tôt dans la formation de cette dernière. Cette relation s’observe dans la manière dont le trou noir et la galaxie grandissent.

Une visualisation d'un trou noir.

Source : NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman (photo recadrée)

« On présume que toutes les galaxies massives accueillent un trou noir supermassif en leur centre », commencent par rappeler les auteurs de l’étude. Un trou noir désigne une région de l’espace très dense, qui contient une impressionnante quantité de matière (le Soleil, par exemple, n’est pas assez massif pour devenir un trou noir). Son champ de gravitation est tellement intense qu’aucune matière ne peut s’en échapper, pas même la lumière. Les trous noirs supermassifs ont une masse égale ou supérieure à un million de fois celle du Soleil.

Quel processus est à l’origine de la croissance du trou noir ?

La corrélation entre la masse de ces gigantesques trous noirs et certaines caractéristiques de leurs galaxies hôtes a déjà été étudiée. Les scientifiques soupçonnent que ces deux composantes s’influencent réciproquement. Mais qu’est-ce qui provoque exactement la croissance du trou noir supermassif ? La plupart des trous noirs semblent grandir en absorbant le gaz de la région interne de la galaxie hôte, écrivent les auteurs. « Il y avait de nombreuses incertitudes sur la connexion entre les trous noirs supermassifs et les galaxies, en particulier sur le fait de savoir si la croissance des trous noirs supermassifs était plus liée au taux de formation d’étoiles ou à la masse de la galaxie hôte », indique Priyamvada Natarajan, professeure d’astronomie et de physique à l’université de Yale, citée par YaleNews.

Les conclusions de la nouvelle étude vont dans le sens de la première affirmation : il existe un lien entre la croissance du trou noir et le taux de formation d’étoiles dans la galaxie. Peu importe leur environnement, les trous noirs et leurs galaxies hôtes se régulent les uns les autres. Si le trou noir grandit trop vite par rapport à la masse de sa galaxie hôte, sa croissance sera ralentie. Inversement, si la masse du trou noir est trop petite par rapport à la galaxie, sa croissance sera plus importante. La croissance du trou noir n’a pas de lien avec la masse de la galaxie hôte ni avec « l’environnement intergalactique ».

Trous noirs et galaxies « grandissent parallèlement »

Pour parvenir à ces conclusions, les scientifiques ont utilisé des simulations cosmologiques : elles permettent d’étudier l’univers à différentes époques et échelles, explique l’Observatoire de Paris. Les simulations « Romulus », auxquelles l’étude renvoie, permettent de mieux comprendre la formation et les dynamiques des trous noirs, en développement dans des galaxies hôtes.

L’étude conclut ainsi que « les trous noirs supermassifs et leurs [ndlr : galaxies] hôtes grandissent parallèlement ». Grâce à cette découverte, les scientifiques devraient encore mieux cerner la relation très particulière qui unit les trous noirs supermassifs aux galaxies qui les accueillent.