Le mystère des petites galaxies abritant des trous noirs supermassifs enfin élucidé

Selon les modèles galactiques actuels, la majorité des galaxies abritent un trou noir supermassif en leur centre. D’après ces mêmes modèles, il existe un lien direct entre la taille d’une galaxie et celle de son trou noir : ils grandissent de la même manière. Cependant, certaines galaxies très petites abritent des trous noirs supermassifs plus grands qu’ils ne le devraient. Si l’explication derrière ce phénomène a longtemps échappé aux astrophysiciens, récemment, des chercheurs ont enfin réussi à faire la lumière sur ce mécanisme. 

Presque toutes les galaxies de notre Univers semblent posséder un trou noir supermassif central, y compris la Voie lactée. L’Event Horizon Telescope (EHT) a récemment pris une photo de celui située à l’intérieur de la galaxie de la Vierge, à une distance de 55 millions d’années-lumière. Il existe une relation très particulière entre la masse du trou noir au centre d’une galaxie et les propriétés de la galaxie elle-même. En d’autres mots, plus la galaxie est grande, plus son trou noir central l’est aussi.

Dans un passé lointain — il y a environ 13 milliards et demi d’années, lorsque les étoiles ont commencé à se former, les galaxies et les trous noirs supermassifs semblent s’être formés à peu près au même moment. Mais que de tels trous noirs commencent à germer dans des galaxies encore jeunes ou que des galaxies se forment autour de trous noirs, une relation étroite s’établit très rapidement.

Galaxies et trous noirs : une relation de proportionnalité pas toujours respectée

Les astronomes pensent qu’il existe une interaction régulière entre les trous noirs et leurs galaxies. Plus la galaxie est grande, plus il y a de matière pour nourrir le trou noir. Mais lorsque les trous noirs se nourrissent, ils deviennent actifs ; les gaz du disque d’accrétion tourbillonnent vers l’horizon des événements. Une partie de ce gaz se réchauffe et émet de puissants jets de radiations.

Dans d’autres cas, le gaz peut tourbillonner sur les bords extérieurs du trou noir sans tomber, formant ainsi de longs jets qui s’étendent sur des milliers d’années-lumière dans le milieu environnant. Ainsi, à mesure que les galaxies se développent, leurs trous noirs se développent au même rythme. Les petites galaxies terminent avec de petits trous noirs et les grandes galaxies avec de grands trous noirs.

Certaines galaxies hébergent des trous noirs extrêmement grands comparées aux autres galaxies de même taille. Comment ces trous noirs sont-ils devenus si grands, si les galaxies qui les hébergent ne disposent pas de suffisamment de matière pour les amener à cette taille ? Selon une étude récente, la réponse pourrait provenir d’un type particulier de galaxie appelé pépite bleue.

Petites galaxies et trous noirs géants : les pépites bleues

Les pépites bleues (blue nuggets) ne s’observent que très loin, signifiant qu’elles étaient une caractéristiques de l’Univers jeune, et n’existent plus aujourd’hui. Ce sont des galaxies relativement petites qui présentent un taux de formation d’étoiles exceptionnellement accru. Puisqu’elles forment des étoiles activement, ces galaxies ont tendance à former plus d’étoiles bleues plus brillantes que la moyenne, ce qui leur donne leur nom.

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Les galaxies sont capables de former des étoiles à un taux aussi exceptionnel car, malgré leur taille, elles sont alimentées par des courants de gaz à proximité, qui infusent le matériau dans la galaxie trop petite, augmentant ainsi son taux de formation d’étoiles. Mais cet apport de matières premières à un âge aussi précoce a un coût. Avec toute cette activité, un trou noir massif se forme au centre, bien plus grand que ce à quoi on pourrait s’attendre dans une galaxie aussi jeune.

Et ce trou noir très actif émet des rayonnements dans toute la galaxie, bloquant ainsi la formation d’étoiles. Étant donné que la galaxie est si petite, cette rétroaction n’affecte pas seulement le noyau, mais l’ensemble, stoppant essentiellement la croissance de cette galaxie trop jeune.

Ainsi, la population d’étoiles qui est née tôt et qui rend la galaxie bleue, finit par mourir, ne laissant que de vieilles petites étoiles rouges faiblement actives, convertissant cette galaxie en une pépite rouge. Et en raison de son activité précoce, elle présente un trou noir central exceptionnellement grand.

Sources : arXiv