Les astronomes ont découvert ce qui peut arriver quand un géant trou noir n’intervient pas dans la vie d’un amas de galaxies. En utilisant NASA‘s Chandra X-ray Observatory et d’autres télescopes, ils ont montré que le comportement passif des trous noirs peut expliquer un torrent remarquable de formation d’étoiles se produisant dans un amas de galaxies éloigné.

Les amas de galaxies contiennent des centaines ou des milliers de galaxies envahies par un gaz chaud émettant des rayons X qui dépasse la masse combinée de toutes les galaxies. Les éjections de matière alimentées par un trou noir supermassif dans la galaxie centrale de l’amas empêchent généralement ce gaz chaud de se refroidir pour former un grand nombre d’étoiles. Ce chauffage permet aux trous noirs supermassifs d’influencer ou de contrôler l’activité et l’évolution de leur cluster hôte.

Mais que se passe-t-il si ce trou noir cesse d’être actif? L’amas de galaxies SpARCS104922.6 + 564032.5 (SpARCS1049 en abrégé) situé à 9,9 milliards d’années-lumière de la Terre fournit une réponse.

Basé sur les observations de la NASA Le télescope spatial Hubble et le télescope spatial Spitzer, les astronomes avaient déjà découvert que les étoiles se formaient à un taux extraordinaire d’environ 900 nouveaux soleils de masse par an dans SpARCS1049. C’est plus de 300 fois plus rapide que la vitesse à laquelle notre galaxie, la voie Lactée, forme ses étoiles. (Au rythme observé dans SpARCS1049, toutes les étoiles de la Voie lactée pourraient se former en seulement 100 millions d’années, ce qui est une courte période de temps par rapport à l’âge de notre galaxie de plus de dix milliards d’années.)

«Cela me rappelle la vieille expression« quand le chat est parti, les souris joueront »», a déclaré Julie Hlavacek-Larrondo de l’Université de Montréal au Canada, qui a dirigé l’étude. «Ici, le chat, ou trou noir, est calme et les souris, ou les étoiles, sont très occupées.»

Cette formation d’étoiles furieuses se produit à environ 80 000 années-lumière du centre de SpARCS1049 dans une région en dehors de l’une des galaxies de l’amas. Les astronomes se sont demandé: qu’est-ce qui cause ce cycle prodigieux de naissance d’étoiles?

Galaxy Cluster SpARCS104922.6 + 564032.5. Crédit: X-ray: NASA / CXO / Univ. de Montréal / J. Hlavacek-Larrondo et al; Optique: NASA / STScI

La réponse peut provenir de nouvelles données Chandra révélant le comportement du gaz chaud dans SpARCS1049. Dans la plupart des grappes, la température du gaz est d’environ 65 millions de degrés. Cependant, sur le site de formation d’étoiles, le gaz est plus dense que la moyenne et s’est refroidi à une température d’environ 10 millions de degrés seulement. La présence de ce gaz plus froid suggère que d’autres réservoirs de gaz non détectés se sont refroidis à des températures encore plus basses qui permettent à un grand nombre d’étoiles de se former.

«Sans le trou noir qui pompe activement de l’énergie dans son environnement, le gaz peut refroidir suffisamment pour que ce taux impressionnant de formation d’étoiles puisse se produire», a déclaré le co-auteur Carter Rhea, également de l’Université de Montréal. «Ce genre de fermeture du trou noir peut être un moyen crucial pour les étoiles de se former dans l’Univers primitif.»

Bien qu’il existe de nombreux exemples où l’énergie injectée par les trous noirs dans leur environnement est responsable de la réduction du taux de formation d’étoiles par des facteurs de dizaines ou de milliers ou plus, ces amas ne sont généralement qu’à quelques centaines de millions d’années-lumière de la Terre et sont beaucoup plus anciens. que SpARCS1049.

Dans le cas de SpARCS1049, les astronomes ne voient aucun signe qu’un trou noir supermassif dans la galaxie centrale attire activement la matière. Par exemple, il n’y a aucune preuve d’un jet de matière soufflant du trou noir à des longueurs d’onde radio, ou d’une source de rayons X du milieu de la galaxie indiquant que la matière a été chauffée lorsqu’elle est tombée vers un trou noir.

«De nombreux astronomes ont pensé que sans l’intervention d’un trou noir, la formation des étoiles deviendrait incontrôlable», a déclaré le co-auteur Tracy Webb de McGill, qui a découvert SpARCS1049 pour la première fois en 2015 avec le télescope spatial Spitzer de la NASA. «Nous avons maintenant la preuve d’observation que c’est bien ce qui se passe.»

Pourquoi le trou noir est-il si calme? La différence de position observée entre le gaz le plus dense et la galaxie centrale pourrait en être la cause. Cela signifierait que le trou noir supermassif au centre de cette galaxie est en train de manquer de carburant. La perte d’une source de carburant pour le trou noir empêche les explosions et permet au gaz de se refroidir sans obstacle, le gaz le plus dense refroidissant le plus rapidement. Une explication de ce décalage est que deux petits amas de galaxies sont entrés en collision à un moment donné dans le passé pour créer SpARCS1049, éloignant le gaz le plus dense de la galaxie centrale.

Un article décrivant ces résultats a été publié dans Les lettres du journal astrophysique et est disponible en ligne.

Référence: «Evidence of Runaway Gas Cooling in the Absence of Supermassive Black Hole Feedback at the Epoch of Cluster Formation» par J. Hlavacek-Larrondo, CL Rhea, T. Webb, M. McDonald, A. Muzzin, G. Wilson, K Finner, F. Valin, N. Bonaventura, M. Cooper, AC Fabian, M.-L. Gendron-Marsolais, MJ Jee, C. Lidman, M. Mezcua, A. Noble, HR Russell, J.Surace, A. Trudeau et HKC Yee, 3 août 2020, Les lettres du journal astrophysique.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ab9ca5
arXiv: 2007.15660

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center de l’Observatoire d’astrophysique Smithsonian contrôle la science et les opérations aériennes depuis Cambridge et Burlington, Massachusetts.