La NASA a annoncé avoir observé un trou noir au centre de la galaxie naine Henize 2-10 qui défie les attentes. Grâce à des preuves détaillées de la Télescope spatial Hubble instruments d’imagerie et de spectroscopie, les scientifiques peuvent voir que le trou noir est « créer des étoiles plutôt que de les gober.’

La compréhension typique d’un trou noir est qu’il s’agit d’une région de l’espace d’où aucune particule, y compris la lumière, ne peut s’échapper. Cependant, quelque chose d’inhabituel se produit dans la galaxie naine Henize 2-10. La galaxie naine est ce qu’on appelle une « galaxie stellaire », ce qui signifie que, comme son nom l’indique, c’est une galaxie qui connaît un taux de formation d’étoiles relativement élevé. Comme le dit la NASA, « Les étoiles naissent dans les nuages de poussière et sont dispersées dans la plupart des galaxies.’Henize 2-10 comprend au moins deux régions de formation d’étoiles près de son centre.

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En plus de présenter des quantités inhabituellement élevées de formation d’étoiles, Henize 2-10 est spéciale car ses conditions sont analogues à celles de l’Univers primitif. En 2011, La NASA a écrit, ‘Les étoiles se forment dans Henize 2-10 à un rythme prodigieux, donnant aux amas d’étoiles de cette galaxie leur aspect bleu. Cette combinaison d’un sursaut de formation d’étoiles et d’un trou noir massif est analogue aux conditions de l’Univers primitif. Comme Henize 2-10 ne contient pas de renflement significatif d’étoiles en son centre, ces résultats montrent que la croissance des trous noirs supermassifs peut précéder la croissance des renflements dans les galaxies. Cela diffère de l’Univers relativement proche où la croissance des renflements de galaxies et des trous noirs supermassifs semble se produire en parallèle.’

De retour en 2011, le observation de Henize 2-10 a déclenché un débat parmi les astronomes quant à savoir si les galaxies naines abritaient des trous noirs proportionnels aux mastodontes supermassifs trouvés dans le cœur des galaxies plus grandes. »Amy Reines a publié le premier recherche sur Henize 2-10 en 2011 et Reines est le chercheur principal pour le dernier article.

« Il y a dix ans, en tant qu’étudiant diplômé pensant que je consacrerais ma carrière à la formation d’étoiles, j’ai regardé les données de Henize 2-10 et tout a changé », a déclaré Reines. « Dès le début, je savais que quelque chose d’inhabituel et de spécial se passait dans Henize 2-10, et maintenant Hubble a fourni une image très claire de la connexion entre le trou noir et une région de formation d’étoiles voisine située à 230 années-lumière du trou noir.’

Crédits : Sciences : NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI) Traitement d’images : Alyssa Pagan (STScI)

Le débat il y a une décennie était centré sur l’idée de savoir si un trou noir au centre d’une galaxie naine se comportait proportionnellement à un trou noir supermassif au centre de galaxies beaucoup plus grandes. Les dernières recherches montrent que Henize 2-10 ne produit pas de résultats comme un trou noir plus grand à plus petite échelle.

Avec un trou noir supermassif, le matériau nécessaire à la formation d’étoiles est « emporté par les champs magnétiques environnants », qui forment un plasma super chaud se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. Tous les nuages de gaz, qui contiennent des matériaux formant des étoiles, sont tellement chauffés qu’ils ne peuvent pas assez refroidir pour former des étoiles.

Henize 2-10 fait quelque chose de différent. L’écoulement se déplace beaucoup plus lentement. Et bien que ce comportement puisse ressembler à un trou noir supermassif, juste plus lent, l’effet est radicalement différent. La NASA écrit: « Cette connexion est une sortie de gaz qui s’étend à travers l’espace comme un cordon ombilical vers une pépinière stellaire brillante. La région abritait déjà un cocon de gaz dense lorsque l’écoulement à faible vitesse est arrivé. La spectroscopie Hubble montre que le flux sortant se déplaçait à environ 1 million de miles par heure, claquant dans le gaz dense comme un tuyau d’arrosage frappant un tas de terre et s’étalant. Les amas d’étoiles nouveau-nés parsèment la trajectoire de propagation du flux sortant, leur âge étant également calculé par Hubble.’

« À seulement 30 millions d’années-lumière, Henize 2-10 est suffisamment proche pour que Hubble ait pu capturer très clairement des images et des preuves spectroscopiques d’une sortie de trou noir. La surprise supplémentaire était que, plutôt que de supprimer la formation d’étoiles, la sortie déclenchait la naissance de nouvelles étoiles « , a déclaré Zachary Schutte, étudiant diplômé de Reines et auteur principal de la nouvelle étude.

« Un retrait de la région centrale de la galaxie naine à explosion stellaire Henize 2-10 trace un écoulement, ou pont de gaz chaud de 230 années-lumière, reliant le trou noir massif de la galaxie et une région de formation d’étoiles. Les données de Hubble sur la vitesse de sortie du trou noir, ainsi que sur l’âge des jeunes étoiles, indiquent une relation causale entre les deux. Il y a quelques millions d’années, la sortie de gaz chaud s’est écrasée dans le nuage dense d’une pépinière stellaire et s’est étalée, comme l’eau d’un tuyau impactant un monticule de terre. Maintenant, des amas de jeunes étoiles sont alignés perpendiculairement à la sortie, révélant le chemin de sa propagation.’ Crédits : Sciences : NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI) Traitement d’images : Alyssa Pagan (STScI)

Il restait une certaine controverse quant à savoir s’il y avait même être un trou noir au centre de Heinze 2-10. Lorsque Reines a découvert les émissions de radio et de rayons X en 2011, certains astronomes ont cru que le rayonnement était dû à un rémanent de supernova et non à un trou noir. Cependant, la résolution étonnante de Hubble montre clairement un motif en forme de tire-bouchon dans les vitesses du gaz, que nous pouvons adapter au modèle d’un écoulement pré-sortant, ou vacillant, d’un trou noir. Un rémanent de supernova n’aurait pas ce modèle, et c’est donc effectivement notre preuve fumante qu’il s’agit d’un trou noir « , a déclaré Reines.

Reines croit que d’autres recherches seront axées sur les trous noirs des galaxies naines, car ils pourraient détenir la clé pour résoudre le puzzle persistant de la formation de trous noirs supermassifs dans l’Univers primitif. « La relation entre la masse de la galaxie et son trou noir peut fournir des indices. Le trou noir de Henize 2-10 est d’environ 1 million de masses solaires. Dans les galaxies plus grandes, les trous noirs peuvent représenter plus de 1 milliard de fois la masse de notre Soleil. Plus la galaxie hôte est massive, plus le trou noir central est massif « , écrit la NASA.

En 2011, les premières recherches de Reines sur Henize 2-10 ont déclenché un débat important au sein de la communauté scientifique. Un peu plus d’une décennie plus tard, nous en avons appris beaucoup plus, mais il reste encore beaucoup de mystères à percer. Crédits : Radiographie (NASA/CXC/Virginia/ A.Reines et al); Radio (NRAO/AUI/NSF); Optique (NASA/STScI)

À l’heure actuelle, il existe trois théories principales sur l’origine des trous noirs supermassifs. Les trous noirs supermassifs peuvent s’être formés comme de plus petits trous noirs de masse stellaire. Peut-être qu’au lieu de cela, il y a peut-être eu des conditions spéciales dans l’Univers primitif qui ont donné naissance à des étoiles supermassives qui se sont ensuite effondrées en trous noirs massifs. Ou peut-être que les « graines » de trous noirs supermassifs se sont formées dans des amas d’étoiles denses où la masse de l’amas était suffisamment grande pour créer des trous noirs supermassifs par effondrement gravitationnel. Aucune de ces théories de « semis » de trous noirs n’a décollé. On espère que les trous noirs de galaxies naines, comme celui de Henize 2-10, pourront servir d’analogue pour les trous noirs du début de l’Univers.

« L’ère des premiers trous noirs n’est pas quelque chose que nous avons pu voir, alors c’est vraiment devenu la grande question: d’où viennent-ils? » demanda Reines. « Les galaxies naines peuvent conserver un certain souvenir du scénario d’ensemencement des trous noirs qui a autrement été perdu dans le temps et l’espace.’