Depuis des décennies, les astrophysiciens sont aux prises avec un paradoxe mathématique : les trous noirs supermassifs sont tout simplement trop grands pour exister selon notre compréhension actuelle de la physique. Selon les modèles standards, le processus « d’accrétion de gaz » – par lequel un trou noir attire la matière environnante pour se développer – prend beaucoup plus de temps que l’âge de l’univers ne permet à ces géants d’atteindre leurs proportions massives.
Pour résoudre ce mystère, les scientifiques proposent depuis longtemps une « théorie de la fusion » : les trous noirs supermassifs se développent en entrant en collision les uns avec les autres lors de fusions galactiques. Aujourd’hui, une étude révolutionnaire offre la première preuve directe que ce processus est réellement en train de se produire.
Le mystère de Markarian 501
La découverte est centrée sur Markarian 501 (Mrk 501), une galaxie elliptique située dans la constellation d’Hercule. Comme de nombreuses galaxies actives, Mrk 501 possède un puissant jet de particules suralimentées éjectées de son centre à une vitesse proche de celle de la lumière. Parce que ce jet est pointé directement vers la Terre, il sert de balise à haute visibilité aux astronomes.
À l’aide de données radiofréquence collectées sur une période d’observation massive de 23 ans, des chercheurs de l’Institut Max Planck de radioastronomie d’Allemagne ont remarqué quelque chose d’impossible : la galaxie semblait avoir deux jets au lieu d’un.
Suivre une danse céleste
Les chercheurs n’ont pas seulement vu un deuxième avion à réaction ; ils l’ont regardé bouger. En analysant les données, ils ont observé une danse orbitale complexe :
- Mouvement orbital : Le deuxième jet semblait se déplacer dans le sens inverse des aiguilles d’une montre autour du premier.
- Lentille gravitationnelle : en juin 2022, le rayonnement du deuxième jet est apparu déformé en une forme circulaire, connue sous le nom d’anneau d’Einstein. Cela se produit lorsque la gravité du premier trou noir plie la lumière du second, agissant comme une loupe cosmique.
- La période orbitale : Sur la base de cycles répétés de luminosité, les astronomes estiment que les deux trous noirs tournent autour l’un de l’autre tous les 121 jours.
“Nous l’avons recherché pendant si longtemps, puis nous avons été complètement surpris de pouvoir non seulement voir un deuxième avion, mais même suivre son mouvement”, a noté Silke Britzen, co-auteur de l’étude.
Une fusion massive à l’horizon
Même si la distance entre les deux trous noirs – environ 250 à 540 fois la distance entre la Terre et le Soleil – peut paraître immense, elle est incroyablement étroite à l’échelle cosmique. Ces objets possèdent des masses allant de 100 millions à 1 milliard de fois celle de notre Soleil.
A cette proximité, les deux géants sont sur une trajectoire de collision. Les scientifiques estiment qu’ils pourraient fusionner au cours du prochain siècle.
Pourquoi c’est important
Cette découverte constitue une pièce cruciale du puzzle pour comprendre l’évolution galactique. Si les trous noirs supermassifs se développent principalement par ces fusions violentes plutôt que par une lente accrétion, cela modifie tout notre modèle de formation et de maturation des galaxies.
Même si la fusion aura lieu à 440 millions d’années-lumière, bien au-delà de la portée de l’observation humaine directe, l’événement aura probablement des répercussions dans l’espace-temps. À mesure qu’ils se rapprochent, le couple devrait émettre des ondes gravitationnelles de très basse fréquence, que les futurs observatoires pourraient détecter, apportant la preuve définitive de cette union cosmique.
Conclusion : L’observation de doubles jets dans Markarian 501 fournit des preuves irréfutables que les trous noirs supermassifs se développent par fusion, résolvant potentiellement un mystère mathématique de longue date concernant leur immense taille.
