Des astronomes découvrent deux trous noirs supermassifs en orbite l’un autour de l’autre, voués à entrer en collision dans le futur.

Jusqu’à récemment, l’une des paires de trous noirs supermassifs les plus proches en orbite a été découverte dans NGC 7727. Cette paire se trouve à environ 89 millions d’années-lumière de la Terre. Ces trous noirs ne sont qu’à 1 600 années-lumière les uns des autres. Une autre paire dans OJ 287, à environ 3,5 milliards d’années-lumière de la Terre, n’est séparée que d’environ 0,3 année-lumière. Maintenant, les scientifiques ont découvert une paire en orbite l’une autour de l’autre à une distance de 200 UA à 2 000 UA l’une de l’autre, à environ 0,003 à 0,03 années-lumière.

La paire est désignée PKS 2131-021 et est un blazar, un quasar dont le jet relativiste pointe dans la direction de la Terre. Il est situé à 8,8 milliards d’années-lumière. La paire tourne autour de l’autre environ tous les deux ans. Les trous noirs tournent si près l’un de l’autre qu’ils devraient fusionner dans environ 10 000 ans. Lorsque cela se produit, le tissu de l’espace ondulera sous la forme d’ondes gravitationnelles et des oscillations dans la matière se produiront.

Les trous noirs supermassifs se trouvent au cœur de la plupart des galaxies, et lorsqu’une paire est trouvée, cela montre que la galaxie a subi une fusion. Les SMBH sont massives et peuvent aller de centaines de milliers à dix milliards de masses solaires. PKS 2131-021 contient deux trous noirs, chacun estimé à quelques centaines de millions de fois la masse du soleil. Étant donné que les SMBH sont si massifs, il a été théorisé qu’ils se forment à partir de la collision d’au moins deux trous noirs plus petits lors de la fusion des galaxies. Cette découverte aidera les scientifiques à comprendre comment cela se produit. L’un des trous noirs projette un jet de gaz dans l’espace et a été observé avec des radiotélescopes dans le cadre d’une étude menée par des chercheurs de Caltech à Pasadena sur une période de 11 ans, de 2008 à 2019.

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Image du télescope de 40 mètres de l’Owens Valley Radio Observatory (OVRO), situé près de Bishop, en Californie. Crédit : Anthony Readhead / Caltech

La luminosité de ce quasar varie régulièrement et cela a été attribué au fait qu’il se trouve dans un système binaire avec un autre trou noir. Les oscillations se produisent lorsqu’elles orbitent l’une autour de l’autre, s’assombrissant puis s’éclaircissant lorsque le trou noir se dirige vers nous. Afin de vérifier qu’il ne s’agissait pas d’un événement aléatoire, les chercheurs de Caltech ont passé au crible les données prises dans deux autres observatoires, l’observatoire radio de l’Université du Michigan avec des données de 1980 à 2012 et les données de l’observatoire Haystack prises de 1975 à 1983. Ces données correspondaient à leurs prédictions sur la façon dont la luminosité du quasar aurait dû changer. Il y a eu une période de 20 ans où le modèle a disparu, à partir de 1984. Cela peut être dû à un changement dans le matériau alimentant le trou noir. Il a ensuite recommencé et dure encore 17 ans régulièrement. Afin de confirmer leurs données, l’équipe tentera d’observer les ondes gravitationnelles générées par les trous noirs binaires.

Les observations des ondes gravitationnelles de cette paire binaire et d’autres aideront les scientifiques à résoudre le problème final du parsec. Il a été théorisé que deux trous noirs ne se rapprocheront jamais d’un parsec (~ 3,26 années-lumière) en raison de la perte d’échange de matière et d’énergie entre les deux. Selon la théorie, ils ralentiront et le temps s’étirera pour eux jusqu’à ce qu’ils ne se heurtent jamais. Il semblerait que OJ 287, et maintenant PKS 2131-021, aillent à l’encontre de cela. Au fur et à mesure que nous en apprendrons davantage sur chaque observation que nous ferons, nous saurons ce qu’il faut rechercher dans d’autres systèmes candidats. Ces observations contribueront grandement à notre compréhension complète de cet univers étonnant dans lequel nous vivons.

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