Dans la majorité des cas observés, une galaxie possède toujours cette ribambelle d’étoiles enroulées autour du bulbe galactique et le trou noir tapis au centre de ce même bulbe. Trou noir parfois supermassif avalant la matière et la lumière… Avant de continuer, qu’est-ce que « supermassif » veut dire exactement ?

Selon les astrophysiciens, cet ordre de grandeur représente quelques centaines de milliers de fois la masse de notre Soleil et peut aller jusqu’à plusieurs dizaines de milliards de masses solaires pour les trous noirs les plus gargantuesques jamais découverts. Leurs masses sont fortement corrélées avec celles des bulbes des galaxies. On pense que c’est à cause de l’énorme énergie libérée près du trou noir qui provoque un effet de rétroaction sur son environnement et influence la croissance de la galaxie.

Comment grandissent-ils ?

Pour comprendre comment ces ogres grandissent jusqu’à ces masses si difficiles à imaginer, il faut savoir que leur approvisionnement est bien organisé : en fait, les trous noirs habitent au beau milieu… de leur garde-manger. Celui-ci se présente sous la forme d’un disque d’accrétion où s’accumulent gaz et poussières tournoyants gentiment, avant de se faire « happer » par le trou noir. Plus la galaxie grandit (en capturant de la matière venue de l’extérieur) plus elle a de quoi nourrir son trou noir central et plus ce dernier peut grandir. La question à se poser est la suivante : y a-t-il une limite à ce processus, ou est-ce qu’un trou noir, pour autant qu’il en ait le temps et un hôte de taille adéquate, peut atteindre n’importe quelle masse ? Les trous noirs peuvent-ils grandir à l’infini ?

L’astrophysicien Andrew King de l’université de Leicester au Royaume-Uni s’est alors intéressé à la dynamique du couple « ogre / garde-manger », c’est-à-dire au trou noir supermassif et au disque d’accrétion pour pouvoir répondre à cette interrogation. Est-ce que le disque d’accrétion, peut-il quoi qu’il arrive, conserver sa stabilité ? Selon les calculs du chercheur, il vient forcément un moment dans la croissance du trou noir, où celui-ci impose de telles contraintes physiques à son disque d’accrétion que celui-ci ne peut plus se maintenir en place et se désagrège !

Formation des quasars

Il faut se rappeler que les trous noirs supermassifs peuvent devenir très lumineux et sont alors appelés « quasars » ou « noyaux actifs de galaxies ». Mais cela se produit seulement lorsqu’ils disposent de gaz dans leur environnement proche, là où leur gravité est extrême et domine. Comme ce gaz ne se déplace jamais dans la direction exacte du trou noir, il s’en rapproche en spiralant à cause de la friction qu’il subit, créant le disque d’accrétion qui est mince (son épaisseur est égale à environ un centième de son rayon).

Plus probablement, il se crée des séries successives de disques d’inclinaisons différentes chaque fois qu’un nuage de gaz s’approche du trou noir. Ce sont ces disques qui rayonnent intensément et provoquent les apparitions du quasar. Mais les calculs montrent que quelle que soit la masse du trou noir, ce disque est gravitationnellement instable vers l’extérieur, au-delà d’un rayon de quelques centièmes et jusqu’à quelques dizaines d’années lumières, et qu’il va s’effondrer sous l’effet de sa propre gravité. Il se désagrège alors et forme des étoiles. Donc, le disque d’accrétion ne peut dépasser un rayon externe limite.

quasar espace trou noir supermassif

Interprétation artistique d’un quasar, nous voyons de manière claire le disque d’accrétion.

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