Des premières graines galactiques aux géants cosmiques : l'ascension des trous noirs supermassifs

ParisLes scientifiques commencent à découvrir comment les trous noirs supermassifs atteignent de telles dimensions. Une équipe d'astronomes de Penn State a étudié l'évolution de ces trous noirs sur une période de 12 milliards d'années grâce à de nouvelles observations en rayons X et des simulations informatiques.

Les trous noirs supermassifs se trouvent au cœur des galaxies et pèsent de millions à des milliards de fois la masse du Soleil. Cette étude examine la croissance de ces trous noirs depuis 1,8 milliard d'années après le début de l'Univers jusqu'à nos jours, soit 13,8 milliards d'années plus tard.

Découvertes majeures sur la croissance des trous noirs :

• Les trous noirs grandissent en absorbant du gaz froid provenant de leurs galaxies hôtes.
• Ils s'agrandissent également par fusion avec d'autres trous noirs supermassifs lors de collisions de galaxies.
• La croissance par accrétion peut être suivie grâce aux données en rayons X.
• Les fusions ont un rôle significatif, surtout depuis les 5 derniers milliards d'années.

L'équipe comprend Fan Zou, étudiant diplômé de Penn State et premier auteur des articles, ainsi que des chercheurs de diverses institutions. Ils ont analysé des données de :

• l'Observatoire à rayons X Chandra de la NASA
• le télescope XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne
• le télescope eROSITA de l’Institut Max Planck

Ils ont étudié la croissance des trous noirs dans plus de 1,3 million de galaxies, y compris plus de 8 000 trous noirs en forte croissance. Ce vaste échantillon leur a permis de tirer des conclusions solides.

Des études montrent que les galaxies plus grandes augmentent plus rapidement la taille de leurs trous noirs en absorbant de la matière. Ce phénomène est observé à toutes les époques de l'univers. Des chercheurs ont utilisé des simulations sur superordinateur du projet IllustrisTNG pour suivre cette croissance à travers les fusions de galaxies.

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Leur méthode utilise des données réelles sur l'accumulation de masse par les trous noirs et les combine avec des modèles informatiques de fusions de trous noirs. Cette approche permet de mieux comprendre la croissance des trous noirs supermassifs. La majeure partie de cette croissance provient de la matière tombant dans le trou noir, mais les fusions ont également joué un rôle important, surtout dans les temps cosmiques récents.

Les recherches révèlent que les trous noirs géants se sont développés plus rapidement lorsque l'Univers était jeune. Leur augmentation a essentiellement cessé il y a 7 milliards d'années.

Les scientifiques ont étudié le trou noir situé au centre de la Voie lactée, lequel possède une masse équivalente à 4 millions de fois celle de notre Soleil. Leurs recherches indiquent que ce trou noir a grandi tardivement dans l'histoire de l'univers.

L’équipe de recherche est composée de :

• Zhibo Yu, étudiant diplômé à Penn State
• Hyungsuk Tak, professeur assistant à Penn State
• Elena Gallo, Université du Michigan
• Bin Luo, Université de Nankin, Chine
• Qingling Ni, Institut Max Planck, Allemagne
• Yongquan Xue, Université des sciences et technologies de Chine
• Guang Yang, Université de Groningen, Pays-Bas

Cette étude a été financée par la Fondation Nationale de la Science des États-Unis, le Centre des rayons X Chandra et l'Université de Penn State. Les résultats des simulations IllustrisTNG partagés avec la communauté scientifique ont également contribué à la réalisation de ce travail.