La nouvelle méthode a permis de mesurer les masses de 44 trous noirs supermassifs dans des quasars distants

Par: Monique Menard | 2020-04-20

Les nouvelles données des chercheurs du projet SDSS augmentent d’environ deux tiers le nombre total de galaxies actives ayant des masses connues de trous noirs supermassifs en leur centre.

En utilisant la méthode de cartographie de la réverbération, les astronomes du projet Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ont pu mesurer la masse de 44 trous noirs supermassifs qui ont pris naissance à une époque où l’univers avait moins de la moitié de son âge actuel. Les résultats sont présentés dans The Astrophysical Journal.

« Pour la première fois, nous avons mesuré les masses d’un grand nombre de trous noirs supermassifs, qui se trouvent dans des quasars très éloignés. Les mesures actuelles et futures effectuées avec cette méthode fourniront des informations importantes aux scientifiques qui étudient la croissance et l’évolution des galaxies », a déclaré Katherine Greer, auteur principal de l’étude à l’université de Pennsylvanie (États-Unis).

Des trous noirs ultra-massifs se trouvent au centre de presque toutes les grandes galaxies. L’attraction gravitationnelle de ces monstres est si grande que la poussière et le gaz qui les entourent sont inexorablement absorbés par eux. En se déplaçant vers le centre, la matière formant le disque d’accrétion se réchauffe jusqu’à des températures incroyablement élevées et commence à briller, de sorte qu’on peut la voir dans différentes parties de l’univers.

Les disques brillants de substance chaude sont connus sous le nom de « quasarsars ». L’étude des quasars nous permet de déterminer les caractéristiques et l’évolution des galaxies lointaines dans lesquelles ils vivent, mais cela nécessite la détermination des propriétés du trou noir supermassif en leur centre, dont la principale est la masse.

Mesurer la masse d’un trou noir est une tâche complexe. Pour les galaxies voisines, l’analyse du mouvement des groupes d’étoiles et de gaz situés près du centre est appropriée. Toutefois, cette méthode ne fonctionne pas pour les objets plus éloignés, car les télescopes existants aujourd’hui ne peuvent pas obtenir de données de résolution suffisamment élevée. En conséquence, les astronomes doivent recourir à la méthode de la « cartographie de la réverbération ».

La méthode est basée sur une comparaison de la luminosité de la lumière provenant d’un gaz très proche d’un trou noir et d’un gaz se déplaçant rapidement plus loin de celui-ci. Cela permet de déterminer le délai entre les variations observées dans les deux régions, ce qui donne une idée de la taille du disque. En le sachant, les astronomes peuvent estimer la masse d’un trou noir supermassif, même s’ils ne peuvent pas voir son environnement en détail.

Au cours des 20 dernières années, seuls une soixantaine de trous noirs supermassifs ont été identifiés par cette méthode dans les galaxies actives proches, car la cartographie de la réverbération nécessite des observations répétées des objets sur plusieurs mois, et pour les quasars éloignés, plusieurs années. En raison de ces difficultés, les astronomes n’ont pu jusqu’à présent appliquer avec succès cette méthode qu’à quelques quasars éloignés.


Le principe de la méthode de cartographie de la réverbération. Crédit: Nahks Tr’Ehnl / Catherine Grier / collaboration SDSS

La clé de la solution à ce problème a été le projet « Reverberation Mapping », qui a utilisé la capacité du SDSS à observer plusieurs quasars à la fois (actuellement, le programme explore environ 850 quasars simultanément). « Nous devons vérifier les mesures très soigneusement pour déterminer exactement ce qui se passe dans le système quasar », déclare John Trump, membre de l’équipe de recherche de l’université du Connecticut (États-Unis).

Les observations du même groupe de quasars avec les télescopes du Télescope Canada-France-Hawaï (CFHT) et de l’Observatoire Stewart pendant la même période ont fourni des données supplémentaires. Après avoir comparé toutes les observations et terminé le processus d’étalonnage, l’équipe a déterminé les délais de réverbération de 44 quasars, ce qui lui a permis de déterminer les masses des trous noirs supermassifs, qui se situaient entre 5 millions et 1,7 milliard de masses solaires.

« C’est un grand pas en avant dans l’étude des quasars. C’est la première fois que ces mesures complexes ont été effectuées pour un grand nombre d’objets », a commenté Aron Bart de l’Université de Californie (USA), qui n’a pas participé à l’étude. Les nouveaux chercheurs du SDSS augmentent d’environ deux tiers le nombre total de galaxies actives dont le centre est connu pour ses masses de trous noirs supermassifs, tout en repoussant les échéances, pénétrant ainsi dans la première moitié de l’histoire de l’univers.

« L’observation des quasars pendant plusieurs années est cruciale pour la précision des mesures. En poursuivant notre projet de surveillance d’un nombre croissant de quasars, nous serons en mesure de mieux comprendre comment les trous noirs supermassifs se développent et se développent », a conclu Yue Sheng, responsable du projet de cartographie de la réverbération à l’université de l’Illinois, aux États-Unis.

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