Quand deux galaxies fusionnent, leurs trous noirs ne sont pas forcément plus actifs

Quand deux galaxies entrent en collision, on pourrait logiquement s’attendre à ce que l’activité de leurs trous noirs centraux en soit augmentée. Pourtant, ce ne serait pas nécessairement le cas : il pourrait même exister des collisions lors desquelles l’activité des trous noirs serait réduite. C’est ce qu’expliquent trois scientifiques japonais dans une étude, publiée par Nature Astronomy le 25 janvier 2021 et relayée par l’université de Tokyo.

« Nous étudions la possibilité que les collisions centrales de galaxies diminuent l’activité des noyaux actifs de galaxie », avancent ces auteurs. Les galaxies actives sont caractérisées par une région compacte en leur centre, intensément lumineuse : cette brillance n’est pas d’origine stellaire, mais expliquée en théorie par un trou noir supermassif central particulièrement actif, qui agglomère de la matière.

Plus généralement, on postule qu’ « un trou noir massif existe dans presque toutes les galaxies », rappellent les scientifiques. Et nombre d’entre elles « abritent un trou noir massif affamé », ajoutent-ils. Lorsque deux galaxies fusionnent, il peut sembler évident, du fait de ces hypothèses, que l’activité de ce noyau vorace doit être encore plus importante. L’étude nuance pourtant cette idée.

De quel genre de collisions parle-t-on ?

Lorsqu’on parle de collisions de galaxies, il faut davantage imaginer une combinaison entre les deux ensembles, plutôt qu’une rencontre sous la forme d’explosions cataclysmiques. Par contre, il est vrai que ces événements peuvent avoir d’importantes conséquences. Ces fusions peuvent se produire de différentes façons :

• Des petites galaxies peuvent croiser les parties les plus externes de grandes galaxies, passant à travers ou fusionnant avec elles. Dans tous les cas, il y a des échanges d’étoiles dans le processus,
• Ou alors, les galaxies peuvent fusionner plus frontalement : la moins imposante des deux est déchirée par la plus grande. C’est ce cas de figure qui est exploré ici.

Pour les auteurs, la collision de galaxies peut « supprimer l’alimentation des trous noirs » centraux. Comment est-ce possible ? Pour le comprendre, il faut savoir que la matière agglomérée par un trou noir est d’abord rassemblée dans un disque épais (une sorte de donut, mais constituée de gaz) qui tourne autour du trou noir : c’est le disque d’accrétion. Or, quand une fusion entre deux galaxies se produit, il serait possible que ce disque soit dépouillé de son gaz, estiment les chercheurs.

Simulations réalisées par les auteurs. En haut, la fusion réduit l'activité du noyau. En bas, la fusion l'accroit.

Source : 2021 Miki et al.

Les fusions peuvent aussi bien activer que désactiver l’activité du noyau

Pour tester cela, les scientifiques ont construit des modèles de collisions entre galaxies et les ont exécutés sur des supercalculateurs. Dans certains cas, une petite galaxie se révélait en mesure d’éliminer la matière entourant le trou noir supermassif de la plus grande. Résultat : il n’était plus autant alimenté, et son activité s’en voyait réduite. « Les collisions de galaxies peuvent donc être à la fois responsables de la désactivation et de l’activation de l’activité du noyau, en fonction de l’orbite de collision (frontale ou éloignée du centre) », concluent les auteurs.

Cette possibilité est très intéressante pour l’étude de notre propre galaxie, la Voie lactée. On sait aujourd’hui qu’elle a dû connaître plusieurs fusions avec d’autres galaxies par le passé, comme le Kraken ou le Sagittaire, qui ont contribué à la façonner. Mieux cerner les conséquences des fusions sur le noyau des galaxies pourrait s’avérer utile pour découvrir les conséquences de ces événements sur notre galaxie et son propre noyau.

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