Les galaxies frappent les simples, doubles et triples (trous noirs croissants) – Technoguide

Quand trois galaxies entrent en collision, qu’arrive-t-il aux énormes trous noirs au centre de chacune? Une nouvelle étude utilisant l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et plusieurs autres télescopes révèle de nouvelles informations sur le nombre de trous noirs qui se développent furieusement après ces effondrements galactiques.

Les astronomes veulent en savoir plus sur les collisions galactiques, car les fusions ultérieures sont un moyen clé de la croissance des galaxies et des trous noirs géants dans leurs noyaux au cours du temps cosmique.

“Il y a eu de nombreuses études sur ce qui arrive aux trous noirs supermassifs lorsque deux galaxies fusionnent”, a déclaré Adi Foord de l’Université de Stanford, qui a dirigé l’étude. “La nôtre est l’une des premières à examiner systématiquement ce qui arrive aux trous noirs lorsque trois galaxies se rencontrent.”

Elle et ses collègues ont identifié des systèmes de fusion à trois galaxies en croisant les archives – contenant des données désormais accessibles au public – de la mission WISE de la NASA et du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) avec les archives Chandra. En utilisant cette méthode, ils ont trouvé sept fusions de triples galaxies situées entre 370 millions et un milliard d’années-lumière de la Terre.

En utilisant un logiciel spécialisé développé par Foord pour son doctorat. à l’Université du Michigan à Ann Arbor, l’équipe a parcouru les données Chandra ciblant ces systèmes pour détecter les sources de rayons X marquant l’emplacement des trous noirs supermassifs en croissance. Lorsque le matériau tombe vers un trou noir, il est chauffé à des millions de degrés et produit des rayons X.

Chandra, avec sa vision nette aux rayons X, est idéal pour détecter la croissance des trous noirs supermassifs dans les fusions. Les sources de rayons X associées sont difficiles à détecter car elles sont généralement proches les unes des autres dans les images et sont souvent faibles. Le logiciel de Foord a été développé spécifiquement pour trouver de telles sources. Les données d’autres télescopes ont ensuite été utilisées pour exclure d’autres origines possibles de l’émission de rayons X sans rapport avec les trous noirs supermassifs.

Les résultats de Foord et de l’équipe montrent que sur sept fusions à trois galaxies, il y en a une avec un seul trou noir supermassif croissant, quatre avec des trous noirs supermassifs à double croissance et une triple. La triple fusion finale qu’ils ont étudiée semble s’être déroulée sans émission de rayons X détectée par les trous noirs supermassifs. Dans les systèmes comportant plusieurs trous noirs, les séparations entre eux varient entre environ 10 000 et 30 000 années-lumière.

“Pourquoi nous soucions-nous du pourcentage de ces trous noirs?” a déclaré Jessie Runnoe, co-auteur de l’Université Vanderbilt à Nashville, Tennessee. “Parce que ces statistiques peuvent nous en dire plus sur la façon dont les trous noirs et les galaxies qu’ils habitent grandissent.”

Une fois qu’ils ont trouvé des preuves de sources de rayons X brillantes comme candidats pour la croissance des trous noirs supermassifs dans les données Chandra, les chercheurs ont incorporé des données d’archives provenant d’autres télescopes. Comme un deuxième arbitre se prononçant sur l’appel d’origine, ces données confirmaient l’idée que plusieurs trous noirs étaient présents dans les galaxies fusionnées.

Pour faire ces appels, les auteurs ont étudié les données infrarouges de la mission WISE, du satellite astronomique infrarouge et du télescope à deux microns All Sky pour voir à quelle vitesse les étoiles se forment dans les différentes galaxies de leur étude. Cela leur a permis d’estimer combien de rayons X détectés sont susceptibles de provenir de systèmes émetteurs de rayons X contenant des étoiles massives, plutôt que d’un trou noir supermassif en croissance. Parce que ces systèmes stellaires sont jeunes, ils sont plus courants lorsque les étoiles se forment plus rapidement. Foord et ses collègues ont utilisé cette technique pour conclure que l’une des sources de rayons X qu’ils ont trouvées provient probablement d’une collection de systèmes d’étoiles émettant des rayons X.

Les données Chandra et WISE montrent que le système avec des trous noirs supermassifs croissants contient la plus grande quantité de poussière et de gaz. Cela correspond aux simulations informatiques théoriques des fusions qui suggèrent que des niveaux plus élevés de gaz à proximité des trous noirs sont plus susceptibles de déclencher une croissance rapide des trous noirs.

Les études sur les fusions triples peuvent aider les scientifiques à comprendre si des paires de trous noirs supermassifs peuvent s’approcher si près les uns des autres qu’elles produisent des ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles. L’énergie perdue par ces ondes provoquera inévitablement la fusion des trous noirs.

L’Observatoire des ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO) et le réseau Virgo en Europe ont montré aux astronomes que les trous noirs de masse stellaire créent des ondes gravitationnelles et fusionnent, mais on ne sait pas si les trous noirs supermassifs le font.

“Il existe un” scénario de cauchemar “où les trous noirs supermassifs ne peuvent pas perdre suffisamment d’énergie pour se rapprocher et produire des ondes gravitationnelles”, a déclaré le co-auteur Michael Koss d’Eureka Scientific à Oakland, en Californie. “Si tel est le cas, des projets comme LISA et les tableaux de synchronisation pulsar n’auront pas de fusions de trous noirs supermassifs à détecter.”

Cependant, les interactions gravitationnelles d’un troisième trou noir supermassif peuvent empêcher ce processus de blocage. Les études des trous noirs supermassifs dans des systèmes où trois galaxies fusionnent sont donc importantes pour comprendre si le scénario du cauchemar pourrait s’appliquer.

Le système avec trois trous noirs supermassifs en croissance avait déjà été rapporté par Ryan Pfeifle de l’Université George Mason à Fairfax, en Virginie, dans un communiqué de presse Chandra et un article d’octobre 2019 dans The Astrophysical Journal, et une équipe dirigée par Xin Lui de l’Université de l’Illinois. à Urbana-Champaign dans un article de décembre 2019 dans The Astrophysical Journal. Ce dernier résultat permet de replacer cette découverte dans le contexte d’autres triples fusions de galaxies.

Foord a présenté la nouvelle étude à la 237e réunion de l’American Astronomical Society, qui se tient pratiquement du 11 au 15 janvier 2021. Deux articles décrivant ces travaux ont récemment été acceptés pour publication dans The Astrophysical Journal.

Le satellite astronomique infrarouge est une coentreprise de la NASA et de ses homologues aux Pays-Bas et au Royaume-Uni, et le télescope Two Micron All Sky est une collaboration entre l’Université du Massachusetts et le centre d’analyse et de traitement infrarouge de la NASA.

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center de l’Observatoire d’astrophysique Smithsonian contrôle la science depuis Cambridge Massachusetts et les opérations aériennes depuis Burlington, Massachusetts.

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