La galaxie lenticulaire NGC 1277 possède en son centre un trou noir supermassif de 17 milliards de masses solaires ! Cette galaxie constitue néanmoins une vraie énigme : quatre fois plus petite que la Voie lactée, elle contient en son cœur un trou noir géant des milliers de fois plus massif que celui de notre galaxie ! La découverte et l’étude de plusieurs trous noirs de ce genre pourrait nous apporter bien des réponses sur les modèles de formation et d’évolution des galaxies. C’est grâce au télescope Hobby-Eberly  que la masse de ce trou noir supermassif a pu être mesurée. Avec ces 17 milliards de masses solaires, ce trou noir représente 14% de la masse de sa galaxie, plutôt que l’habituel 0,1%.

 

Cette image présente une comparaison du diamètre du trou noir de 17 milliards de masses solaires au cœur de la galaxie NGC 1277, avec l’orbite de Neptune autour du Soleil ainsi que l’orbite de notre Terre. Le trou noir est donc 11 fois plus large que l’orbite de Neptune ! Crédits : D. Benningfield/K. Gebhardt/StarDate

La galaxie lenticulaire NGC 1277 dans l’amas de Persée. Cette image, en fausses couleurs, a été prise par le fameux télescope Hubble. Crédits : NASA

Sur cette image, des galaxies en jaune, dont NGC 1277 indiquée par la croix au centre, font parties d’un amas galactique dans la constellation de Persée, à environ 250 millions d’années-lumière de notre galaxie la Voie Lactée. Crédits : David W. Hogg, Michel Blanton, SDSS Collaboration)

 

Est-ce une galaxie ou un trou noir géant entouré d’étoiles ? Telle est la question

Une telle masse n’est peut-être pas un record, car un autre trou noir supermassif précédemment détecté affiche une masse comprise entre 6 et 37 milliards de masses solaires. Mais même s’il ne s’agit pas du trou noir le plus massif et connu au centre d’une galaxie, celui de NGC 1277 se démarque de tous les autres lorsque l’on compare sa masse à celle de la galaxie qui l’abrite ! En général, ces trous noirs sont environ 1000 fois moins massifs que leurs galaxies (donc leur masse est égale au 0,1% de la masse totale de la galaxie dite « hôte »). Pour l’expliquer, on soupçonne depuis longtemps un lien entre la croissance d’un trou noir galactique et celle de sa galaxie. Or, dans le cas de celui au centre de NGC 1277, sa masse vaut 14 % de celle de sa galaxie !!

Cette masse a été évaluée en mesurant les vitesses de certaines étoiles en orbite autour du trou noir. Plus celui-ci est massif, plus une étoile tourne vite autour de lui et plus les décalages spectraux vers le bleu et vers le rouge par l’effet Doppler relativiste sont importants. On comprend donc encore plus à quel point cette masse est atypique lorsque l’on sait que notre propre galaxie, pourtant 4 fois plus grande que NGC 1277, ne possède qu’un seul trou noir de quelques millions de masses solaires alors que l’on est ici en présence d’un objet dépassant les 10 milliards de masses solaires…

 

Des trous noirs géants qui réguleraient la croissance des galaxies

En effet, le rapport de 0,1% a été observé dans plusieurs dizaines de galaxies entre la masse de leur trou noir central et leur propre masse, qui est généralement expliqué par le fait que lorsqu’un trou noir se met à absorber trop de gaz par accrétion (le « corps » du trou noir s’agrandit par agglomération des gaz, situés en premier lieu dans sa périphérie), le rayonnement produit finit par être suffisamment intense pour contrecarrer la chute du gaz vers l’horizon des événements. Lorsque du gaz « frais » tombe dans une galaxie (quelle qu’en soit la raison) cela provoque une flambée de jeunes étoiles et un accroissement de la masse du trou noir supermassif. Ce processus continuerait jusqu’à l’inhibition de la croissance de toute la galaxie (selon le mécanisme précédent). Cela maintiendrait donc ce rapport universel de 1 pour 1000 entre la masse du trou noir central et la masse de sa galaxie. C’est pour cela qu’on ne sait pas très bien comment NGC 1277, qui est pourtant moins massive que la Voie lactée peut contenir un trou noir central de 17 milliards de masses solaires.

 

C’est en effet une énigme pour le moins troublante car l’étude des étoiles formant NGC 1277 montre qu’elles ont plus de 8 milliards d’années (dans la plus grande majorité). Aucunes fusions galactiques, ni filaments de matière froide n’ont visiblement fait évoluer cette galaxie depuis cette époque…

Bien entendu, la croissance des galaxies repose sur des phénomènes non linéaires, ce qui veut dire qu’une telle « anomalie » ne nécessite pas forcément une modification de la théorie de l’évolution des galaxies. Il pourrait aussi s’agir de la pointe émergée d’un iceberg : seulement 70 galaxies environ ont permis de déterminer le fameux rapport de 1 pour 1000 de manière relativement solide. Selon les astrophysiciens, au moins 5 autres galaxies (et surement bien plus encore, que nous n’avons pas encore découvertes…) semblent elles aussi avoir des trous noirs supermassifs totalement disproportionnés en leur centre !!

 

Animation :

Sachez qu’une seconde de cette animation équivaut à 22 millions d’années de temps simulé ! La taille horizontale de l’image correspond elle à 41 millions d’années lumières (36 secondes d’arc). On voit des orbites d’étoiles calculées à partir du modèle de distribution des masses déduit des orbservations. Proche du trou noir au centre, les étoiles se déplacent rapidement (étoile rouge) alors que dans le halo de matière noire (étoile bleue) les mouvements sont plus lents.

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