Dans une galaxie éloignée de quatre milliards d'années-lumière, trois trous noirs supermassifs sont enfermés dans une étreinte tourbillonnante. C'est le trio de trous noirs le plus serré connu à ce jour et suggère même que ces systèmes serrés sont plus courants qu'on ne le pensait auparavant.
"Ce qui me reste extraordinaire, c'est que ces trous noirs, qui sont à l'extrême de la théorie de la relativité générale d'Einstein, tournent autour de 300 fois la vitesse du son sur Terre", a déclaré l'auteur principal Roger Deane de l'Université du Cap. Ville dans un communiqué de presse.
«Non seulement cela, mais en utilisant les signaux combinés des radiotélescopes sur quatre continents, nous sommes en mesure d'observer ce système exotique un tiers de la traversée de l'Univers. Cela me donne beaucoup d'enthousiasme car cela ne fait qu'effleurer la surface d'une longue liste de découvertes qui seront rendues possibles avec le Square Kilometer Array. »
Il y a quatre ans, le système, baptisé SDSS J150243.091111557.3, a été identifié pour la première fois comme un quasar - un trou noir supermassif au centre d'une galaxie, qui s'accumule rapidement et brille de mille feux. Mais son spectre était légèrement farfelu avec sa ligne d'émission d'oxygène doublement ionisée [OIII] divisée en deux pics au lieu d'un.
Une explication favorable a suggéré qu'il y avait deux trous noirs supermassifs actifs se cachant dans le noyau de la galaxie.
Une galaxie active montre généralement des lignes d'émission étroites à un seul pic, qui proviennent d'une région environnante de gaz ionisé, a déclaré Deane à Space Magazine. Le fait que cette galaxie active présente des raies d'émission à double pic suggère qu'il y a deux régions environnantes de gaz ionisé et donc deux trous noirs supermassifs actifs.
Mais l'un des trous noirs supermassifs était enveloppé de poussière. Alors Deane et ses collègues ont creusé un peu plus. Ils ont utilisé une technique appelée Very Long Baseline Interferometry (VLBI), qui est un moyen de relier les télescopes ensemble, combinant des signaux séparés par jusqu'à 10000 km pour voir les détails 50 fois plus que le télescope spatial Hubble.
Les observations du réseau européen VLBI - un ensemble d'antennes européennes, chinoises, russes et sud-américaines - ont révélé que le trou noir supermassif couvert de poussière était à nouveau deux au lieu d'un, ce qui fait du système trois trous noirs supermassifs au total.
"C'est ce qui était si surprenant", a déclaré Deane à Space Magazine. «Notre objectif était de confirmer les deux trous noirs suspectés. Nous ne nous attendions pas à ce que l'un d'eux soit en fait deux, ce qui n'a pu être révélé que par le réseau européen VLBI en raison [des] détails très fins qu'il est capable de discerner. »
Deane et ses collègues ont parcouru six galaxies similaires avant de trouver leur premier trio. Le fait qu'ils en aient trouvé un si rapidement suggère qu'ils sont plus courants qu'on ne le pensait auparavant.
Avant aujourd'hui, seuls quatre systèmes de trous noirs triples étaient connus, la paire la plus proche étant distante de 2,4 kiloparsecs, soit environ 2000 fois la distance de la Terre à l'étoile la plus proche, Proxima Centauri. Mais la paire la plus proche de ce trio n'est séparée que par 140 parsecs - environ 10 fois cette même distance.
Bien que Deane et ses collègues se soient appuyés sur la résolution phénoménale de la technique VLBI afin de séparer spatialement les deux trous noirs proches, ils ont également montré que leur présence pouvait être déduite de caractéristiques à plus grande échelle. Le mouvement orbital du trou noir, par exemple, est imprimé sur ses gros jets, les tordant en une forme hélicoïdale. Cela peut fournir aux télescopes plus petits un outil pour les trouver avec une efficacité beaucoup plus grande.
"Si le résultat se maintient, ce sera très cool", a déclaré à Space Magazine l'expert binaire supermassive des trous noirs Jessie Runnoe de la Pennsylvania State University. Cette recherche a de multiples implications pour comprendre d'autres phénomènes.
Le premier met en lumière l'évolution des galaxies. Deux ou trois trous noirs supermassifs sont le pistolet fumant que la galaxie a fusionné avec un autre. Ainsi, en regardant ces galaxies en détail, les astronomes peuvent comprendre comment les galaxies ont évolué vers leurs formes et tailles actuelles.
Le second met en lumière un phénomène connu sous le nom de rayonnement gravitationnel. La théorie générale de la relativité d'Einstein prédit que lorsque l'un des deux ou trois trous noirs supermassifs spirale vers l'intérieur, les ondes gravitationnelles - ondulant dans le tissu de l'espace-temps lui-même - se propagent dans l'espace.
Les futurs radiotélescopes devraient pouvoir mesurer les ondes gravitationnelles de systèmes tels que la dégradation de leurs orbites.
"Plus loin dans le futur, le Square Kilometer Array nous permettra de trouver et d'étudier ces systèmes dans des détails exquis, et nous permettra vraiment [d'avoir] une bien meilleure compréhension de la façon dont les trous noirs façonnent les galaxies au cours de l'histoire de l'Univers", a déclaré coauteur Matt Jarvis des universités d'Oxford et de Western Cape.
La recherche a été publiée aujourd'hui dans la revue Nature.
