Trou noir supermassif
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Un trou noir supermassif est, en astrophysique, un trou noir dont la masse est d’environ un million à un milliard de masses solaires. C’est le type de trou noir le plus massif, bien avant le trou noir primordial (encore hypothétique), le trou noir stellaire et le trou noir intermédiaire.
Trous noirs supermassifs au centre des galaxies
Aujourd’hui, de nombreuses observations montrent qu’à peu près toutes les grosses galaxies possèdent un trou noir supermassif en leur centre[1]. C’est par exemple le cas de notre propre galaxie, la Voie lactée. Les observations les plus significatives de la présence d’un tel trou noir dans notre galaxie sont celles du mouvement orbital des étoiles les plus proches du centre galactique, dans la région appelée Sagittarius A*. Le suivi des trajectoires a permis de mesurer directement la masse du trou noir central : 2,6 ± 0,2 millions de masses solaires[2],[3]. En 2002, des astronomes ont suivi l’étoile S2 dans Sagittarius A*, et ont pu montrer qu’elle s’approchait jusqu’à une distance aussi proche que 17 heures-lumière du trou noir central[4],[5],[6].
Propriétés
Par comparaison avec un trou noir stellaire, la densité moyenne d’un trou noir supermassif peut en fait être très faible (parfois plus faible que celle de l’eau). Cela s’explique par le fait que le rayon de Schwarzschild du trou noir croît corrélativement avec la masse, ce qui induit que la densité décroît selon le carré de la masse : plus le trou noir est grand, plus sa densité moyenne chute, même si sa masse croît sans limite. Autre fait notable, les forces de marées sont négligeables au voisinage de l’horizon des événements d’un trou noir supermassif, car la singularité gravitationnelle centrale en est très éloignée. Ce qui fait qu’un explorateur s’approchant d’un trou noir supermassif ne ressentirait rien de particulier lors du franchissement de son horizon.
Formation
La formation des trous noirs supermassifs est encore fortement débattue puisqu’elle se fait certainement sur de grandes échelles de temps, à comparer à la formation d’un trou noir stellaire lors de l’explosion d’une supernova, produite par une étoile massive, comme une étoile Wolf-Rayet.
L’hypothèse la plus simple de la formation des trous noirs supermassifs est évidemment de commencer par un trou noir stellaire qui ensuite accrétera de la matière sur des milliards d’années. Cette hypothèse a cependant de nombreux défauts, parmi lesquels la nécessité d’une très grande densité d’étoiles pour nourrir continuellement le trou noir. Mais surtout, des observations ont montré l’existence de trous noirs supermassifs à très grands décalages vers le rouge, c’est-à-dire au début de l’évolution de l’univers[réf. nécessaire]. Ces trous noirs n’ont ainsi pas eu le temps de se former par simple accrétion d’étoiles. Il est possible que la formation de tels trous noirs soit en fait très rapide au début de la vie de l’univers[7],[8].
Le satellite Chandra a également permis d’observer au centre de la galaxie NGC 6240 deux trous noirs supermassifs en orbite l’un autour de l’autre.
Exemples
À 25 000 années-lumière de la Terre, le trou noir du centre de la Voie lactée possède une masse 3,7 millions de fois supérieure à celle du Soleil[9] et un diamètre d'une vingtaine de millions de kilomètres.
Au cœur des galaxies de l'univers, les trous noirs dits supermassifs sont compris dans la fourchette d'un million à un milliard de fois la masse du Soleil, tels que :
- 4C +37.11 dans la constellation de Persée ;
- Abell 400 dans la constellation de la Baleine ;
- APM 08279+5255 dans la constellation du Lynx ;
- HE 0450-2958 dans la constellation du Burin ;
- MRC 1138-262 dans la constellation de l'Hydre ;
- OJ 287 dans la constellation du Cancer ;
- NGC 4261 dans la constellation de la Vierge ;
- Q0906+6930 dans la constellation de la Grande Ourse ;
- Sagittarius A qui constitue le cœur de la Voie lactée & A* dans la constellation du Sagittaire ;
- CGCG 049-033, située à 600 millions d'années-lumière de la Terre, a un trou noir estimé à un milliard de masses solaires et a engendré le jet record de particules long de près d'1,5 million d'années-lumière ;
- M87 dont la direction du jet a été trouvée en 1997 et d'une masse de 6,8 milliards[10] de masses solaires située dans un rayon de seulement 10 années-lumière[11] ;
- J1148+5251, contenant un trou noir supermassif de plusieurs milliards de fois la masse du Soleil[12].
Notes et références
- ↑ (en) David Merritt, Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei, Princeton, NJ, USA, Princeton University Press, , 546 p. (ISBN 0691158606, présentation en ligne)
- ↑ (en) Andrea M. Ghez, B. L. Klein, M. Morris et E. E. Becklin, « High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A*: Evidence for a Supermassive Black Hole at the Center of Our Galaxy », Astrophysical Journal, vol. 509, no 2, , p. 678-686 (DOI 10.1086/306528, résumé, lire en ligne)
- ↑ (en) « UCLA Galactic Center Group », sur le site de l’Université de Californie à Los Angeles.
- ↑ (en) « Surfing a Black Hole - Star Orbiting Massive Milky Way Centre Approaches to within 17 Light-Hours », sur le site de l’European Southern Observatory, .
- ↑ (en) « Galactic Center Research at MPE », sur le site du Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik et en particulier « l’animation » montrant la trajectoire de l’étoile S2.
- ↑ (en) R. Schödel et al., « Closest Star Seen Orbiting the Supermassive Black Hole at the Centre of the Milky Way », Nature, vol. 419, , p. 694 (DOI 10.1038/nature01121, résumé)
- ↑ (en) M. Volonteri et M. J. Rees, « Rapid Growth of High-Redshift Black Holes », Astrophysical Journal, vol. 633, no 2, , p. 624-629 (DOI 10.1086/466521, résumé)
- ↑ (en) « Early Black Holes Grew Up Quickly », sur le site de Universe Today, .
- ↑ Alain Riazuelo et Sylvie Rouat, Voyage au cœur d'un trou noir, Sciences et avenir, page 14.
- ↑ http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-1347359/Biggest-black-hole-M87-big-swallow-ENTIRE-solar-system.html?ito=feeds-newsxml
- ↑ « Et si notre monde était né d'un trou noir », Françoise Combes, Sciences et Avenir, avril 2010, p. 51
- ↑ http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/les-trous-noirs-geants-se-seraient-formes-avant-leurs-galaxies-hotes_17861/
Voir aussi
Articles connexes
- Observation et détection des trous noirs
- Formation des trous noirs
- Historique des trous noirs
Liens externes
- (en) « UCLA Galactic Center Group », sur le site de l’Université de Californie à Los Angeles
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