Au centre de toutes galaxies actives, on retrouve un trou noir supermassif qui pèse de plusieurs millions à plusieurs milliards de fois la masse de notre Soleil. Ces géants célestes se manifestent sous la forme d'un noyau galactique lumineux, au centre duquel se trouve le trou noir supermassif et autour duquel gravite son disque d'accrétion. Une partie de cette matière est éjectée dans un puissant jet, ce qui rend le noyau galactique extrêmement brillant à travers tout le spectre électromagnétique.
Illustration artistique d'OJ287 en tant que système de trous noirs binaires. Le trou noir secondaire de 150 millions de masses solaires se déplace autour du trou noir primaire de 18 milliards de masses solaires. Un disque de gaz entoure ce dernier. Le trou noir secondaire impacte le disque d'accrétion deux fois pendant son orbite de 12 ans. Cet évènement produit un flash détectable. De plus, l'impact induit également le trou noir secondaire à des brillantes éruptions de radiations.
Crédit: AAS 2018 Récemment, une étude a permis de découvrir un système de deux trous noirs supermassifs. Les chercheurs ont détecté cette danse cosmique grâce aux signaux provenant des jets associés à l'accrétion de matière dans les deux trous noirs. Ces signaux proviennent d'une galaxie connue sous le nom de OJ287, située à environ 5 milliards d'années-lumière dans la constellation du Cancer.
La galaxie OJ 287 est étudiée par les astronomes depuis 1888. Il y a plus de 40 ans, l'astronome Aimo Sillanpää de l'Université de Turku et ses collègues ont remarqué une séquence d'émissions provenant de OJ 287, avec deux cycles distincts: l'un d'environ 12 ans et l'autre d'environ 55 ans. Ces deux cycles sont probablement le résultat du mouvement orbital des deux trous noirs l'un autour de l'autre.
Le trou noir secondaire traverse régulièrement le disque d'accrétion du trou noir primaire à une vitesse proche de celle de la lumière. Ce mouvement chauffe le matériel du disque, et le gaz chaud est libéré sous forme de bulles qui mettent des mois à se refroidir en rayonnant. Aussi, un flash de lumière plus brillant que mille milliards d'étoiles est provoqué.
Après des décennies d'efforts pour estimer le moment précis où le trou noir secondaire traverse le disque d'accrétion du trou noir primaire, une équipe d'astronomes dirigée par Mauri Valtonen de l'Université de Turku, en Finlande, a réussi à prédire avec précision les dates de ces éruptions. Ainsi, ils ont pu observer les éruptions prévues et confirmer la présence d'un couple de trous noirs supermassifs dans OJ 287.
Cependant, malgré ces efforts, les astronomes n'avaient pas pu observer de signal direct provenant du plus petit des deux trous noirs. Mais en 2021 et 2022, des observations utilisant un grand nombre de télescopes de différents types ont permis aux chercheurs d'observer pour la première fois le trou noir secondaire traversant le disque d'accrétion, ainsi que les signaux provenant du trou noir lui-même.
Ces observations ont révélé deux surprises: deux types de "flares" qui n'avaient jamais été détectés auparavant. L'un d'eux a été observé lors d'une campagne d'observation détaillée menée par Staszek Zola de l'Université Jagellonne de Cracovie, en Pologne. Le scientifique a détecté une grande éruption, produisant 100 fois plus de lumière qu'une galaxie entière, et qui a duré une journée.
Le second signal inattendu se constituait de rayons gamma et a été observé par le télescope Fermi de la NASA. Le plus grand flash de rayons gamma dans OJ287 depuis six ans s'est produit juste au moment de la traversée du disque de gaz du trou noir primaire par le trou noir secondaire.