Découvert accidentellement lors d’observations par le télescope spatial Hubble, le corps céleste déchire l’espace intergalactique, laissant derrière lui une traînée d’étoiles.
Représentation graphique d’un trou noir supermassif se déplaçant dans l’espace intergalactique, laissant derrière lui une longue traînée de nouvelles étoiles / Crédit : NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Une découverte fortuite et impressionnante, qui laisse également sans voix les experts de la NASA : dans l’espace intergalactique, expliquent les astronomes, il existe un trou noir qui a une masse de près de 20 millions de fois celle du Soleil et qui se déplace si vite pour pouvoir voyager depuis le De la Terre à la Lune en seulement 14 minutes. Ce trou noir supermassif, au lieu d’avaler les étoiles qu’il trouve devant lui, laisse derrière lui de nouvelles formations d’étoiles le long d’un couloir étroit, ou plutôt, un « contrail » fait d’étoiles naissantes, qui fait presque deux fois le diamètre de notre galaxie , la voie Lactée. Rien de tel n’avait jamais été vu auparavant, mais il a été observé par hasard alors que le télescope spatial Hubble de la NASA cherchait des amas d’étoiles globulaires dans une galaxie naine. La découverte, dont la dynamique incroyable a conduit à son identification, vient d’être détaillée dans une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.
« C’est une pure coïncidence que nous ayons rencontré ce corps céleste – a expliqué Pieter van Dokkum de l’Université de Yale à New Haven, Connecticut, et auteur principal de l’étude -. Je venais de numériser une image Hubble et j’ai remarqué qu’il y avait une petite piste. J’ai immédiatement pensé, ‘oh, un rayon cosmique frappant le détecteur de la caméra et provoquant un artefact d’imagerie linéaire’. Mais lorsque nous avons éliminé les rayons cosmiques, nous avons réalisé que la traînée était toujours là. Et ça ne ressemblait à rien de ce que j’avais vu auparavant. »
Parce que la piste était si étrange, van Dokkum et son équipe ont effectué une spectroscopie de suivi en collaboration avec des astronomes de l’observatoire WM Keck, le plus grand réseau mondial de télescopes optiques et infrarouges, situé à Manuakea, à Hawaï. L’enquête a indiqué qu’il s’agissait d’une traînée d’étoiles « assez étonnante, très, très brillante et très inhabituelle ».
Cela a conduit les chercheurs à croire que ce qu’ils ont observé était la conséquence d’un trou noir supermassif se déplaçant à travers le halo de gaz entourant la galaxie hôte. « Nous pensons voir une traînée derrière le trou noir, où le gaz se refroidit et est capable de former des étoiles. Nous examinons donc la formation d’étoiles qui suit le trou noir », a ajouté van Dokkum. Ce que nous regardons, ce sont les conséquences : comme le sillage derrière un navire, nous voyons le sillage derrière le trou noir. »
La traînée, suggèrent les chercheurs, contient de nombreuses nouvelles étoiles, puisque près de la moitié de la galaxie hôte à laquelle le trou noir est connecté est brillante. Au moment de l’observation, le trou noir se trouvait au bord de la traînée, qui s’étendait jusqu’à sa galaxie mère.
Les chercheurs ont également détecté un nœud extraordinairement brillant d’oxygène ionisé à l’extrémité de la piste, attribuant son origine au gaz probablement impacté et chauffé par le mouvement du trou noir, ou au rayonnement d’un disque d’accrétion autour du trou noir. « Le gaz devant le trou noir est choqué en raison de cet impact supersonique à très grande vitesse du trou noir se déplaçant à travers le gaz », souligne van Dokkum. Nous ne savons pas exactement comment cela se passe. »
Sur la base d’une analyse de la lumière, qui a parcouru plus de 7,5 milliards d’années pour nous atteindre, l’équipe pense que ce « monstre invisible » a peut-être été éjecté de sa galaxie hôte il y a 39 millions d’années, et accélère maintenant à travers l’espace intergalactique à 1 600 kilomètres par deuxième. Cela pourrait être le résultat de plusieurs collisions de trous noirs.
Les astronomes soupçonnent que deux galaxies ont initialement fusionné, il y a peut-être 50 millions d’années, ce qui aurait rapproché deux trous noirs supermassifs en leurs centres, les faisant tourner l’un autour de l’autre comme un trou noir binaire. Puis une autre galaxie viendrait, avec son trou noir supermassif, et les trois trous noirs conduiraient à une configuration chaotique et instable. L’un des trous noirs aurait alors volé de l’élan aux deux autres, étant éjecté de la galaxie hôte. Le binaire d’origine, en revanche, aurait pu rester intact, ou le trou noir intrus aurait pu remplacer l’un des deux qui se trouvaient dans le binaire d’origine, chassant le compagnon précédent.
Lorsque le trou noir s’est éjecté, il se serait donc déplacé dans un sens, tandis que les trous noirs du système binaire se seraient déplacés dans le sens opposé. « Il y a une caractéristique vue du côté opposé de la galaxie hôte qui pourrait être le trou noir binaire en fuite – indiquent les astronomes -. La preuve circonstancielle de cela est qu’il n’y a aucun signe d’un trou noir actif restant au centre de la galaxie. »
La prochaine étape consistera à obtenir de nouvelles observations de suivi avec le télescope spatial James Webb de la NASA et l’observatoire à rayons X Chandra pour confirmer l’explication du trou noir. Le prochain télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA, dont le lancement est prévu au milieu de cette décennie, pourrait également fournir une vue grand angle de l’univers à une résolution similaire à celle de Hubble. Ses observations pourraient alors traquer d’autres « stries d’étoiles » ailleurs dans l’univers. Cela peut nécessiter, a conclu van Dokkum, le déploiement de technologies d’apprentissage automatique qui utiliseront des algorithmes capables d’identifier de nouvelles formes de traînées lumineuses spécifiques dans les nouvelles données astronomiques.
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