Un recensement cosmique triple le nombre connu de trous noirs dans les galaxies naines

Un recensement colossal de l'univers a plus que triplé le nombre de trous noirs actifs connus résidant dans des galaxies naines et a trouvé la plus grande récolte de trous noirs de poids moyen à ce jour.

L'enquête a révélé environ 2 500 galaxies naines avec des trous noirs actifs se nourrissant au centre, contre environ 500 connus auparavant, rapportent les chercheurs dans un article soumis le 31 octobre à arXiv.org. L'équipe a également trouvé près de 300 nouveaux candidats aux trous noirs de masse intermédiaire, une augmentation par rapport aux 70 détections possibles précédentes (SN: 2/9/20).

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C'est suffisant pour commencer à étudier ces trous noirs en groupe, plutôt qu'en isolation, explique l'astronome Ragadeepika Pucha de l'Université de l'Utah à Salt Lake City. De telles études à grande échelle pourraient résoudre de nombreux mystères sur l'évolution des trous noirs et de leurs galaxies ensemble.

Chaque grande galaxie semble se centrer autour d'un trou noir supermassif. Ces géants sont plus d'un million de fois plus massifs que le soleil. Mais les astronomes ne sont pas sûrs de la manière dont les trous noirs sont arrivés là.

« C'est un peu une question de l'œuf et la poule entre les galaxies et les trous noirs, » explique Stéphanie Juneau, coauteur et astronome au NOIRLab de Tucson. « Lequel s'est formé en premier ? L'un contrôle-t-il l'autre ? »

Les galaxies naines et les trous noirs de taille moyenne pourraient être les meilleurs endroits pour trouver des réponses. On pense que ces avortons représentent les premiers stades de croissance des galaxies et des trous noirs, des objets qui ont échappé à de nombreuses fusions avec d'autres trous noirs et galaxies au fil du temps cosmique.

« Pour avoir une image complète de la formation et de l'évolution des galaxies, nous devons comprendre comment ces petites galaxies évoluent et grandissent, » dit Pucha.

Pucha et ses collègues se sont tournés vers des données initiales d'un projet au télescope Mayall en Arizona pour créer une carte 3D massive de l'univers. Rien que pendant sa première année, l'instrument spectroscopique sur l’énergie sombre, ou DESI, a observé près de 1,5 million de galaxies (SN: 4/4/24). L'équipe a exploré une partie de cette collection de galaxies naines émettant des longueurs d'ondes de lumière liées au disque chaud de gaz et de poussière tourbillonnant autour d'un trou noir actif en alimentation.

Environ 2 pour cent des près de 115 000 galaxies naines de l'étude émettent une telle lumière, ont découvert les chercheurs. Les enquêtes précédentes ont trouvé des trous noirs actifs dans seulement 0,5 pour cent des galaxies naines.

L'équipe a également déterminé les masses des trous noirs dans plus de 4 000 galaxies, naines et autres. Puis elle a cherché des trous noirs de masse intermédiaire, avec des masses comprises entre environ 100 et un million de fois celle du soleil (SN: 8/2/17).

« Ceux-ci sont très importants car ils nous renseignent sur la manière dont les premiers trous noirs se sont formés dans l'univers, » dit Pucha. Si les trous noirs commencent petits et grandissent en fusionnant avec d'autres trous noirs, alors l'univers devrait être jonché de ces moyennes représentant les stades intermédiaires de croissance.

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Pucha et ses collègues ont trouvé environ 150 détections confiantes dans les données de DESI et à peu près le même nombre de tentatives, un rendement qui suggère que les premiers trous noirs de l'univers étaient relativement légers. Mais le télescope spatial James Webb, ou JWST, a également découvert des trous noirs étonnamment massifs dans l'univers très ancien (SN: 1/11/24). Pucha dit que cela pourrait simplement signifier que le JWST n'a pas encore vu les premiers trous noirs de l'univers.

Cette enquête a probablement trouvé seulement la partie émergée de l'iceberg. L'ensemble des données de la première année devrait être publié en mars ou avril 2025 et contiendra beaucoup plus de galaxies.

De plus, il y a sans aucun doute d'autres trous noirs à trouver. « Ils ont trouvé tous ceux qui sont vraiment des projecteurs lumineux, » dit l'astronome Mallory Molina de l'Université de Vanderbilt à Nashville, qui ne fait pas partie du projet DESI. « Même avec l'outil de détection le plus simple que nous ayons, les chercheurs en trouvent toujours un grand nombre dans cette enquête. Il y a beaucoup plus à explorer. »