L'astronomie vient de révéler un monstre cosmique d'une ampleur inouïe, un trou noir si colossal qu'il repousse les frontières de notre compréhension de l'Univers. Cette découverte majeure, située au cœur d'une galaxie, ouvre de nouvelles perspectives sur la formation des structures les plus massives de l'espace.
Les chercheurs ont identifié ce géant dans la galaxie surnommée le Fer à Cheval Cosmique, dont la masse déforme si fortement l'espace-temps qu'elle courbe la lumière d'une galaxie d'arrière-plan en un anneau caractéristique.
Image du Fer à Cheval Cosmique mettant en évidence la distorsion lumineuse causée par le trou noir central.
Crédit: NASA/ESA/Tian Li(University of Portsmouth)
Grâce à une combinaison innovante de lentilles gravitationnelles et de cinématique stellaire, l'équipe a pu mesurer avec précision un trou noir équivalant à 36 milliards de fois la masse de notre Soleil. Cette méthode, plus fiable que les estimations basées sur l'accrétion de matière, permet d'étudier même les trous noirs "dormants" qui n'émettent pas activement de rayonnement.
Cette technique permet d'explorer l'Univers lointain, où les galaxies apparaissent trop petites pour qu'on puisse observer directement les régions centrales. En analysant à la fois la trajectoire de la lumière déviée et les mouvements rapides des étoiles à proximité du trou noir, les scientifiques ont confirmé son existence et sa masse phénoménale. Le professeur Thomas Collett souligne que cette approche réduit considérablement les incertitudes habituelles des mesures indirectes.
La galaxie hôte elle-même est un "groupe fossile", résultat de la fusion de multiples galaxies au fil du temps. Tous les trous noirs supermassifs originaux se seraient amalgamés pour former ce unique et ultramassif trou noir, offrant un aperçu de l'état final de l'évolution galactique.
Les implications sont vastes: comprendre comment les trous noirs influencent la formation stellaire dans leurs galaxies. Lorsqu'ils deviennent actifs en tant que quasars, ils libèrent une énergie titanesque qui empêche la condensation des nuages de gaz en nouvelles étoiles. Notre Voie lactée, avec son trou noir central de 4 millions de masses solaires, pourrait connaître un tel réveil lors de sa future fusion avec la galaxie d'Andromède.
Les chercheurs envisagent maintenant d'utiliser le télescope spatial Euclid pour détecter davantage de ces géants cachés, afin de cartographier leur rôle dans l'arrêt de la formation stellaire et de mieux saisir les liens entre trous noirs et galaxies.
Lentille gravitationnelle
La lentille gravitationnelle est un phénomène prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein, où la masse d'un objet céleste courbe l'espace-temps et dévie la lumière passant à proximité. Cela agit comme une loupe cosmique, amplifiant et distordant l'image des objets d'arrière-plan, ce qui permet aux astronomes d'étudier des régions autrement invisibles.
Dans le cas du Fer à Cheval Cosmique, la galaxie massive courbe tellement la lumière qu'elle forme un anneau presque parfait, appelé anneau d'Einstein. Cet effet non seulement révèle la présence d'un objet extrêmement massif, mais aussi permet de mesurer son influence gravitationnelle avec une grande précision.
Les lentilles gravitationnelles sont classées en trois types: forte, faible et micro-lentille. La lentille forte, utilisée ici, produit des images multiples ou des arcs visibles, tandis que les autres types nécessitent des analyses statistiques pour détecter des distorsions subtiles.
Cette technique est devenue un outil fondamental en cosmologie, permettant d'explorer la matière noire, les exoplanètes, et maintenant les trous noirs supermassifs, en exploitant la courbure de l'espace-temps comme un télescope naturel.
Trous noirs supermassifs et ultramassifs
Les trous noirs supermassifs sont des objets cosmiques avec des masses allant de millions à des milliards de fois celle du Soleil, résidant au centre de la plupart des galaxies. Ils se forment probablement à partir de l'effondrement d'étoiles massives primordiales ou par accrétion de matière au fil du temps cosmique.
Les trous noirs ultramassifs, comme celui découvert, représentent l'extrémité supérieure de cette échelle, avec des masses dépassant 10 milliards de masses solaires. Leur existence pose des questions sur les limites de la croissance des trous noirs et les processus qui permettent d'atteindre de telles masses.
Contrairement aux trous noirs stellaires formés par l'effondrement d'étoiles, les supermassifs et ultramassifs sont liés à l'évolution des galaxies. Leurs jets d'énergie et vents puissants peuvent réguler la formation stellaire, en chauffant ou expulsant le gaz nécessaire à la naissance de nouvelles étoiles.
La découverte de trous noirs dormants, comme celui-ci, est particulièrement intéressante car elle permet l'étude de leur masse pure via la gravité, sans les biais introduits par l'activité lumineuse, offrant ainsi une vision plus claire de leur rôle dans l'évolution galactique.