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Hubble and Chandra find supermassive black hole duo

by ESA/Hubble Information Centre

Hubble et Chandra découvrent un duo de trous noirs supermassifs

par ESA/Hubble Information Centre

Une image en lumière visible de la galaxie MCG-03-34-064 prise par le télescope spatial Hubble. La vue nette de Hubble révèle trois points lumineux distincts intégrés dans une ellipse blanche au centre de la galaxie (agrandie dans une image en médaillon en haut à droite). Deux de ces points lumineux sont la source d'une forte émission de rayons X, signe révélateur qu'il s'agit de trous noirs supermassifs. Les trous noirs brillent intensément parce qu'ils convertissent la matière qui tombe en énergie et sillonnent l'espace comme des noyaux galactiques actifs. Leur séparation est d'environ 300 années-lumière. Le troisième point est une goutte de gaz brillant. La traînée bleue pointant vers la position 5 heures pourrait être un jet tiré par l'un des trous noirs. La paire de trous noirs est le résultat d'une fusion entre deux galaxies qui finiront par entrer en collision. Crédit : NASA, ESA, Anna Trindade Falcão (CfA)

Comme deux lutteurs de sumo qui s'affrontent, la paire de trous noirs supermassifs la plus proche a été observée à proximité. Ils sont situés à environ 300 années-lumière l'un de l'autre et ont été détectés à l'aide du télescope spatial Hubble de la NASA et de l'observatoire à rayons X Chandra. Ces trous noirs, enfouis au plus profond d'une paire de galaxies en collision, sont alimentés par la chute de gaz et de poussière, ce qui les fait briller comme des noyaux galactiques actifs (AGN).

Cette paire d'AGN est la plus proche détectée dans l'univers local à l'aide d'observations multi-longueurs d'onde (lumière visible et rayons X). Bien que plusieurs dizaines de trous noirs « doubles » aient déjà été découverts, leurs séparations sont généralement bien plus grandes que celles découvertes dans la galaxie riche en gaz MCG-03-34-64.

Des astronomes utilisant des radiotélescopes ont observé une paire de trous noirs binaires encore plus près que dans MCG-03-34-64, mais sans confirmation dans d'autres longueurs d'onde.

Les binaires AGN comme celui-ci étaient probablement plus courants dans l'univers primitif, lorsque les fusions de galaxies étaient plus fréquentes. Cette découverte offre un aperçu unique et rapproché d'un exemple proche, situé à environ 800 millions d'années-lumière.

La découverte a été fortuite. L'imagerie haute résolution de Hubble a révélé trois pics de diffraction optique imbriqués à l'intérieur de la galaxie hôte, indiquant une grande concentration de gaz oxygène brillant dans une très petite zone.

"Nous ne nous attendions pas à voir quelque chose comme ça", a déclaré Anna Trindade Falcão du Centre d'astrophysique, Harvard & Smithsonian à Cambridge, Massachusetts, et auteur principal de l'article publié dans The Astrophysical Journal.

"Cette vue n'est pas un phénomène courant dans l'univers proche, et nous a indiqué qu'il se passe autre chose à l'intérieur de la galaxie."

Les pics de diffraction sont des artefacts d'imagerie causés par la lumière provenant d'une très petite région de l'espace qui contourne le miroir à l'intérieur des télescopes.

L'équipe de Falcão a ensuite examiné la même galaxie en lumière X à l'aide de l'observatoire Chandra pour comprendre ce qui se passe.

Il s'agit d'une représentation artistique d'une paire de trous noirs actifs au cœur de deux galaxies en fusion. Ils sont tous deux entourés d'un disque d'accrétion de gaz chaud. Une partie de la matière est éjectée le long de l'axe de rotation de chaque trou noir. Confinés par de puissants champs magnétiques, les jets traversent l'espace à une vitesse proche de celle de la lumière sous forme de faisceaux d'énergie dévastateurs. Crédit : NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

« Lorsque nous avons observé MCG-03-34-64 dans la bande des rayons X, nous avons vu deux sources distinctes et puissantes d'émission à haute énergie coïncidant avec les points lumineux optiques brillants observés par Hubble. Nous avons assemblé ces pièces et conclu que nous étions probablement en train d'observer deux trous noirs supermassifs très rapprochés », a déclaré Falcão.

Pour étayer leur interprétation, les chercheurs ont utilisé des données radio archivées du Karl G. Jansky Very Large Array près de Socorro, au Nouveau-Mexique. Le duo de trous noirs énergétiques émet également de puissantes ondes radio.

« Lorsque vous voyez une lumière vive dans les longueurs d'onde optiques, X et radio, beaucoup de choses peuvent être exclues, ce qui laisse la conclusion que ces éléments ne peuvent être expliqués que par des trous noirs proches. Lorsque vous assemblez toutes les pièces, cela vous donne l'image du duo AGN », a déclaré Falcão.

La troisième source de lumière vive observée par Hubble est d'origine inconnue, et davantage de données sont nécessaires pour la comprendre. Il pourrait s’agir de gaz choqué par l’énergie d’un jet de plasma à très grande vitesse tiré par l’un des trous noirs, comme un jet d’eau provenant d’un tuyau d’arrosage s’écrasant sur un ras de sable

Nous ne pourrions pas voir toutes ces subtilités sans la résolution étonnante du télescope Hubble », a déclaré Falcão.

Les deux trous noirs supermassifs se trouvaient autrefois au cœur de leurs galaxies hôtes respectives. Une fusion entre les galaxies a rapproché les trous noirs. Ils continueront de se rapprocher jusqu'à ce qu'ils finissent par fusionner, dans peut-être 100 millions d'années, ébranlant la structure de l'espace et du temps sous forme d'ondes gravitationnelles.

L'observatoire d'ondes gravitationnelles par interféromètre laser de la National Science Foundation (LIGO) a détecté des ondes gravitationnelles provenant de dizaines de fusions entre des trous noirs de masse stellaire. Mais les longueurs d'onde plus longues résultant d'une fusion de trous noirs supermassifs dépassent les capacités du LIGO.

Le détecteur d'ondes gravitationnelles de nouvelle génération, appelé mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna), sera composé de trois détecteurs dans l'espace, séparés par des millions de kilomètres, pour capturer ces ondes gravitationnelles de plus grande longueur d'onde provenant de l'espace lointain. L'ESA (Agence spatiale européenne) dirige cette mission, en partenariat avec la NASA et d'autres institutions participantes, avec un lancement prévu au milieu des années 2030.

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COMMENTAIRES

Hubble et Chandra découvrent un duo de trous noirs supermassifs...Ils 

comme deux lutteurs de sumo  qui s'affrontent ....Ces 

trous noirs supermassifs  sont situés à environ 300 années-lumière l'un de l'autre et ont été détectés à l'aide du télescope spatial Hubble de la NASA et de l'observatoire à rayons X Chandra. Ces trous noirs, enfouis profondément dans une zone de collisions

C est ce genre dde phénomènes qui produirait  des trous noirs ''gros''de milluards de masses solaires  ???

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More information: Anna Trindade Falcão et al, Resolving a Candidate Dual Active Galactic Nucleus with ∼100 pc Separation in MCG-03-34-64, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad6b91

Journal information: Astrophysical Journal 

Provided by ESA/Hubble Information Centre 

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Image: Hubble examines spiral galaxy IC 4709

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