Holm 15A* est un cousin extrême du trou noir supermassif de la Voie lactée, Sgr A*, qui contient 4 millions de masses solaires. Une publication officialise qu'il a bien battu le record – pour une masse de trou noir déterminée directement – avec un contenu équivalent à 40 milliards de fois la masse du Soleil.
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À ce jour, la théorie de la relativité générale reste la meilleure théorie de la gravitation connue. Elle trône toujours au-dessus des nombreuses alternatives qui ont été proposées à la théorie relativiste de la gravitation découverte il y a plus d'un siècle par Albert EinsteinEinstein. Ses prédictions les plus spectaculaires concernent, dans le désordre, la théorie du Big BangBig Bang, les ondes gravitationnellesondes gravitationnelles et les trous noirs.
De ces astres compacts, que l'on peut considérer comme des solitons du champ de gravitation et dont les connexions avec la physique des particules élémentaires sont sans aucun doute très profondes mais aussi très mystérieuses, on ne connaît aucune limite à leur taille et à leur masse dans le cadre de la théorie d'Einstein. En fait, notre universunivers lui-même pourrait, dans un certain sens, être l'intérieur d'un trou noir associé à un espace-tempsespace-temps bien plus grand que celui de notre univers observable.
Si l'on tente de compléter la théorie de la relativité générale par sa version quantique - qui reste élusive -, des considérations générales, et donc sans doute robustes, laissent penser que les plus petits trous noirs possibles sont de l'ordre de la fameuse longueur de Plancklongueur de Planck. Et qu'ils participent à l'apparition et la disparition en particulier de paires de trous noirs virtuels microscopiques chargés, à l'instar des paires de particules et d'antiparticulesantiparticules en théorie quantique des champs.
Toujours est-il que les observations des astronomesastronomes nous ont fait découvrir l'existence des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs au cœur des grandes galaxiesgalaxies, qu'elles soient spirales ou elliptiques. Certains de ces trous noirs dépassent le milliard de masses solaires. Le record, mais avec des estimations indirectes, est pour l'instant détenu par TON 618 (66 milliards de masses solaires), un quasarquasar qui est situé à proximité du pôle nord galactique dans la constellationconstellation des ChiensChiens de chasse, à 10,4 milliards d'années-lumièreannées-lumière de la Terre.
Chandra a observé en rayons X l'amas de galaxies Abell 85 qui contient la galaxie elliptique géante Holmberg 15A où se trouve le trou noir supermassif Holm 15A*. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Chandra X-ray Observatory
Le record de masse déterminée directement pour un trou noir
Mais, aujourd'hui, une équipe d'astronomes, principalement de l'Institut Max-Planck de physique extraterrestre, situé à Garching bei München (à côté de Munich), vient de publier un article, d'abord mis en accès libre sur arXiv, dans le prestigieux The Astrophysical Journal. Les chercheurs y exposent la découverte du trou noir supermassif le plus important connu via une mesure, directe cette fois, de sa masse. Il est au centre d'une galaxie elliptiquegalaxie elliptique supergéantesupergéante située à environ 700 millions d'années-lumière de la Voie lactéeVoie lactée. Elle se nomme Holmberg 15A (Holm 15A) en référence à son découvreur le célèbre astronome et cosmologiste suédois Erik Holmberg, connu par ses travaux de pionnier sur la simulation analogiqueanalogique des interactions entre galaxies.
Techniquement, Holm 15A est un exemple de ce que l'on appelle en anglais une Brightest Cluster Galaxy, ou BCGBCG. Basiquement, une BCG est définie comme la plus brillante galaxie dans un amas. Certaines d'entre elles sont les plus massives que l'on connaisse dans le cosmoscosmos observable. Elles peuvent contenir plusieurs dizaines de fois la masse de la Voie lactée. Il s'agit généralement de galaxies elliptiques. Elles se situent à proximité du centre géométrique et cinématique de l'amas galactique, là où se trouve aussi le maximum des émissionsémissions de rayons Xrayons X associées au gazgaz intergalactique chaud d'un amas. Ainsi, Holmberg 15A est la BCG de l'amas de galaxiesamas de galaxies Abell 85.
La masse de Holm 15A* a été estimée à partir d'une méthode d'analyse de la distribution des positions et des vitessesvitesses des populations d'étoilesétoiles en orbiteorbite autour de ce trou noir supermassif. Cette distribution a été obtenue en étudiant les étoiles à l'aide de l'instrument Muse du VLT. Les calculs montrent que cette distribution correspondrait à une masse d'environ 40 milliards de fois celle du SoleilSoleil pour ce trou noir. La taille de l'horizon des évènements associé est absolument gigantesque. Pour tenter de s'en faire une idée rappelons que PlutonPluton est, en moyenne, à 39,5 unités astronomiquesunités astronomiques (UA) du Soleil. Or, le rayon de Schwarzschildrayon de Schwarzschild de Holm 15A* serait d'environ 790 UA, soit 10.000 fois plus que celui du trou noir central de la Voie lactée Sgr A*.
Ces déterminations sont d'importance car elles pointent directement vers un scénario de formation des trous noirs supermassifs et en particulier dans le cas de Holm 15A*. Il est trop massif par rapport à la luminositéluminosité du cœur de la galaxie Holmberg 15A, lequel est d'ailleurs anormalement peu brillant. Tout s'explique dans le cadre du modèle des collisions entre galaxies elliptiques géantes suivies de la fusionfusion de leurs trous noirs supermassifs respectifs.
La collision aurait alors conduit à éjecter bon nombres d'étoiles du cœur de la galaxie géante formée sur des orbites très elliptiques, dépeuplant en quelque sorte celui-ci.
Record : des trous noirs d'environ 10 milliards de masses solaires
Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 09/12/2011
Un groupe d'astrophysiciensastrophysiciens a découvert deux trous noirs supermassifs au cœur de deux galaxies elliptiques, chacun presque deux mille cinq cents fois plus massif que le trou noir central de la Voie lactée. Il s'agit probablement des restes d'anciens quasars qui illuminaient l'univers à ses débuts.
On devrait fêter en 2016 le centenaire de la publication par Einstein de la forme finale de sa théorie de la relativité générale. Les équationséquations découvertes par Einstein contenaient diverses prédictions si stupéfiantes qu'il faudra des décennies pour qu'elles soient prises au sérieux. On peut citer, bien sûr, celles de l'expansion de l’univers et de la théorie du Big Bang, qui ne s'imposeront qu'après les travaux de pionniers comme Georges Lemaître et surtout la découverte du rayonnement fossile.
La prédiction la plus troublante est probablement celle des trous noirs, qui ne sera réellement considérée par la communauté scientifique qu'après la découverte des quasars et des étoiles à neutrons. Même après la découverte de Cygnus X1, des doutes étaient encore fréquents chez les astrophysiciens des années 1970.
Nous sommes aujourd'hui bien loin de cette époque. Nous savons que notre propre galaxie possède un trou noir supermassif central et nous traquons même les trous noirs dans les collisions du LHC.
Tous les quasars sont probablement des trous noirs supermassifs
Nous connaissons aussi plus de 60 trous noirs supermassifs dans des galaxies voisines, avec des masses allant de quelques millions à plusieurs milliards de masses solaires. Le record était détenu jusqu'à présent par la galaxie M87M87, arborant un trou noir de presque 6,3 milliards de fois la masse du Soleil.
Le lien établi entre les quasars et les trous noirs laisse penser que l'on connaît un nombre bien plus grand de galaxies contenant un trou noir central supermassif. Certains quasars, en effet, sont si lumineux que l'on est conduit à penser qu'il existe dans l'univers observable des trous noirs d'au moins 10 milliards de masses solaires. Une idée confortée par les simulations numériquessimulations numériques de leur formation.
Si l'on en croit une publication récente dans Nature, c'est bel et bien le cas. En utilisant plusieurs télescopestélescopes au sol, dont les célèbres Gemini et KeckKeck, une équipe d'astrophysiciens américains a en effet découvert deux monstres dans les galaxies elliptiques NGCNGC 3842 et NGC 4889.
Située dans la constellation du Lionconstellation du Lion à 320 millions d'années-lumière de la Voie lactée, NGC 3842 est la plus brillante de l'amas galactique du Lion et son trou noir supermassif contiendrait 9,7 milliards de masses solaires.
Située elle dans la constellation de la Chevelure de Bérénice, NGC 4889 est à 336 millions d'années-lumière de la Terre et la masse de son trou noir central devrait dépasser les 10 milliards de masses solaires.
Il est probable qu'il s'agisse là de deux restes d'anciens quasars qui brillaient intensément pendant les premiers milliards d'années de l'histoire de l'univers observable.
Ce qu’il faut
retenir
- Les trous noirs supermassifs contiennent d'un million à plusieurs milliards de masses solaires.
- On les trouve dans un très grand nombre de galaxies elliptiques et spirales de grande taille.
- Plusieurs méthodes, directes et indirectes, permettent d'estimer la masse de ces monstres, comme l'étude des mouvements des étoiles en orbite autour d'eux.
- Le record pour l'estimation directe de la masse d'un trou noir supermassif est aujourd'hui battu par Holm 15A*, au cœur de la plus brillante galaxie de l'amas Abell 85.
- Holm 15A* contient 40 milliards de masses solaires pour un rayon de l'horizon des évènements de 790 unités astronomiques (UA). Pluton est en moyenne à 39,5 UA du Soleil.
