Une galaxie rare abrite trois trous noirs supermassifs, révèle une nouvelle étude

Toute galaxie massive possède un trou noir supermassif dans sa région centrale, comme c’est le cas de la Voie lactée, où se trouve Sagittarius A*. Ces objets peuvent avoir une masse équivalente à des millions, voire des milliards de fois celle du Soleil, et exercent une influence gravitationnelle sur la région centrale de leur galaxie.

Lorsque deux galaxies interagissent ou fusionnent, leurs trous noirs supermassifs peuvent rester proches l’un de l’autre et former un système binaire. Ces paires sont importantes pour comprendre comment les trous noirs grandissent et peuvent finir par fusionner, mais leur observation directe reste relativement rare.

Des astronomes ont désormais identifié la galaxie J0148-4214, qui présente des indices de la présence de trois trous noirs supermassifs actifs. Les trois objets accumulent de la matière par l’intermédiaire de disques d’accrétion, produisant un rayonnement qui permet de les détecter. Il s’agit de la première observation de ce type dans l’Univers.

Les trous noirs supermassifs

La plupart des galaxies massives connues possèdent un trou noir supermassif (SMBH) dans leur région centrale. Leur origine reste encore mal comprise, mais elle implique probablement des « graines » de trous noirs formées dans l’Univers primordial, qui auraient ensuite grandi grâce à l’accrétion de gaz et d’étoiles, ainsi qu’aux fusions.

Même si leur masse ne représente qu’une faible part de la masse totale de la galaxie, ces objets peuvent exercer une influence importante sur sa région centrale. Lorsqu’ils sont actifs, le gaz qui tombe vers eux forme un disque d’accrétion très énergétique, capable de produire un intense rayonnement ainsi que des jets et des vents relativistes.

Pourquoi est-il si rare d’en observer plusieurs ?

Il est rare d’observer plusieurs trous noirs supermassifs au sein d’une même galaxie, car ces systèmes multiples apparaissent lors de fusions galactiques et ne correspondent qu’à une phase transitoire de l’évolution du système. Lorsque deux galaxies fusionnent, leurs trous noirs centraux peuvent rester séparés de plusieurs milliers d’années-lumière.

La détection de ces systèmes est également difficile, car les trous noirs supermassifs sont compacts et, lorsqu’ils sont inactifs, ils n’émettent pratiquement aucun rayonnement. Même lorsqu’ils sont actifs, leurs signaux peuvent se confondre avec la luminosité de la région centrale de la galaxie, ce qui complique l’identification distincte des différentes sources.

Trois trous noirs supermassifs

La galaxie J0148-4214 se situe à plus de 12,5 milliards d’années-lumière de la Terre. Nous observons ce système tel qu’il était environ 1,2 milliard d’années seulement après le Big Bang. Il s’agit de la première preuve de la présence de trois trous noirs supermassifs au sein d’une même galaxie.

Deux des trous noirs se trouvent dans la région centrale de la galaxie et ne sont séparés que de 620 années-lumière, tandis que le troisième est situé dans les régions externes, à environ 5 500 années-lumière du centre. Cette répartition suggère que les interactions et les processus de fusion ont efficacement contribué à les rapprocher.

Interaction entre eux

Les trois trous noirs auraient des masses estimées à environ 80 millions, 2 millions et 600 000 masses solaires. Le trou noir le plus massif accumule de la matière plus lentement, tandis que celui de 600 000 masses solaires présente un taux d’accrétion extrêmement élevé. Cela indique que les trois objets se trouvent à différents stades de croissance.

Les deux trous noirs centraux ne sont séparés que de quelques centaines d’années-lumière et devraient fusionner au cours des prochaines centaines de millions d’années. Le troisième objet, situé en dehors du noyau, pourrait quant à lui être le vestige d’une fusion antérieure, avoir été déplacé ou être en train de migrer vers le centre de la galaxie.