Un événement cosmique rare et étrange impliquant trois trous noirs supermassifs a conduit à la découverte d’un phénomène sans précédent : un trou noir supermassif se déplaçant à des vitesses incroyables, laissant derrière lui une traînée d’étoiles naissantes de 200 000 années-lumière. Capturée par hasard par le télescope spatial Hubble de la NASA, cette extraordinaire bosse de formation d’étoiles est le résultat d’un trou noir traversant l’espace intergalactique et provoquant la formation de nouvelles étoiles lorsqu’il impacte le gaz devant lui. L’événement, décrit comme un jeu de billard galactique, est très probablement le résultat de multiples collisions entre des trous noirs supermassifs, laissant les astronomes ravis d’enquêter plus avant avec le télescope spatial James Webb et l’observatoire à rayons X Chandra.
Un étrange pont de 200 000 années-lumière relie la galaxie au trou noir en fuite
L’univers est si instable que même les plus petites choses qui pourraient passer inaperçues peuvent avoir de profondes implications. C’est ce qui est arrivé à l’astronome de Yale Peter van Dokkum lorsqu’il faisait des recherches[{ » attribute= » »>Hubble Space Telescope images and noticed a suspected blemish that looked like a scratch on photographic film. For Hubble’s electronic cameras, cosmic rays skimming along the detector look like “scratches.” But once spectroscopy was done on the oddball streak van Dokkum realized it was really a 200,000-light-year-long chain of young blue stars located over halfway across the universe! van Dokkum and his colleagues believe that it stretches between a runaway monster back hole and the galaxy it was ejected from. The black hole must be compressing gas along its wake, which condenses to form stars. Nothing like it has ever been seen anywhere else in the universe before.
This is an artist’s impression of a runaway supermassive black hole that was ejected from its host galaxy as a result of a tussle between it and two other black holes. As the black hole plows through intergalactic space it compresses tenuous gas in front to it. This precipitates the birth of hot blue stars. This illustration is based on Hubble Space Telescope observations of a 200,000-light-year-long “contrail” of stars behind an escaping black hole. Credit: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Hubble Space Telescope Sees Possible Runaway Black Hole Creating a Trail of Stars
There’s an invisible monster on the loose, barreling through intergalactic space so fast that if it were in our solar system, it could travel from Earth to the Moon in 14 minutes. This supermassive black hole, weighing as much as 20 million Suns, has left behind a never-before-seen 200,000-light-year-long “contrail” of newborn stars, twice the diameter of our Milky Way galaxy. It’s likely the result of a rare, bizarre game of galactic billiards among three massive black holes.
Rather than gobbling up stars ahead of it, like a cosmic Pac-Man, the speedy black hole is plowing into gas in front of it to trigger new star formation along a narrow corridor. The black hole is streaking too fast to take time for a snack. Nothing like it has ever been seen before, but it was captured accidentally by NASA’s Hubble Space Telescope.
“We think we’re seeing a wake behind the black hole where the gas cools and is able to form stars. So, we’re looking at star formation trailing the black hole,” said Pieter van Dokkum of Yale University in New Haven, Connecticut. “What we’re seeing is the aftermath. Like the wake behind a ship we’re seeing the wake behind the black hole.” The trail must have lots of new stars, given that it is almost half as bright as the host galaxy it is linked to.
Le trou noir se trouve à une extrémité du pilier, qui s’étend dans sa galaxie mère. Il y a un nodule remarquablement brillant d’oxygène ionisé à l’extrémité extérieure de l’arbre. Les chercheurs pensent que le gaz peut être choqué et chauffé par le mouvement du trou noir entrant en collision avec le gaz, ou il peut s’agir d’un rayonnement provenant d’un disque d’accrétion autour du trou noir. « Le gaz devant lui est choqué par cet impact supersonique et la vitesse élevée du trou noir se déplaçant à travers le gaz. On ne sait pas exactement comment cela fonctionne », a déclaré Van Dokkum.
« C’est un pur hasard, nous venons de tomber dessus », a ajouté Van Dokkum. Il cherchait des amas globulaires dans une galaxie naine voisine. « Je venais de parcourir l’image de Hubble, puis j’ai remarqué que nous avions une petite séquence. J’ai immédiatement pensé : « Oh, un rayon cosmique frappe le détecteur de la caméra et provoque un artefact d’imagerie linéaire ». Lorsque nous avons supprimé les rayons cosmiques, nous avons réalisé qu’ils étaient toujours là. Cela ne ressemblait à rien. Nous l’avons déjà vu.
Cette image d’archive du télescope spatial Hubble capture une étrange caractéristique linéaire si inhabituelle qu’elle a d’abord été rejetée comme un artefact d’imagerie des caméras de Hubble. Mais des observations spectroscopiques ultérieures révèlent une chaîne de jeunes étoiles bleues de 200 000 années-lumière de diamètre. Il y a un trou noir supermassif à la pointe du pont en bas à gauche. Le trou noir a été éjecté de la galaxie en haut à droite. Le gaz s’est comprimé dans son sillage, laissant une longue traînée de jeunes étoiles bleues. Rien de tel n’a jamais été vu dans l’univers auparavant. Cet événement inhabituel s’est produit alors que l’univers avait environ la moitié de son âge actuel. Crédit : Science : NASA, ESA, Peter van Dokkum (Yale), Traitement d’image : Joseph DiPascual (STScI)
Parce que c’était tellement bizarre, Van Dokkum et son équipe ont fait une spectroscopie de suivi avec les observatoires W.M. Keck à Hawaï. Il décrit la traînée d’étoiles comme « très étonnante, très brillante, très inhabituelle ». Cela a conduit à la conclusion qu’il examinait les effets d’un trou noir rebondissant à travers un halo de gaz entourant la galaxie hôte.
Cette montée en flèche intergalactique est probablement le résultat de multiples collisions de trous noirs supermassifs. Les astronomes pensent que les deux premières galaxies ont fusionné il y a peut-être 50 millions d’années. Cela a combiné deux trous noirs supermassifs en leur centre. Ils tournaient l’un autour de l’autre comme un trou noir binaire.
Puis vint une autre galaxie avec son propre trou noir supermassif. Cela suit l’ancien idiome: « une compagnie de deux et une foule de trois ». Les trois trous noirs se mélangeant ont donné une formation chaotique et instable. Un trou noir a privé l’autre trou noir de son élan et a été éjecté de la galaxie hôte. Peut-être que le binaire d’origine est resté intact, ou peut-être que le nouveau trou noir intermédiaire a remplacé l’un des deux qui se trouvaient dans le binaire d’origine, expulsant le compagnon précédent.
Alors que le trou noir unique partait dans une direction, les trous noirs binaires partaient dans la direction opposée. Une caractéristique vue de l’autre côté de la galaxie hôte pourrait être le trou noir binaire incontrôlable. La preuve circonstancielle de cela est l’absence de signe d’un trou noir actif restant au cœur de la galaxie. La prochaine étape consiste à faire des observations de suivi avec la NASA[{ » attribute= » »>James Webb Space Telescope and the Chandra X-ray Observatory to confirm the black hole explanation.
NASA’s upcoming Nancy Grace Roman Space Telescope will have a wide-angle view of the universe with Hubble’s exquisite resolution. As a survey telescope, the Roman observations might find more of these rare and improbable “star streaks” elsewhere in the universe. This may require machine learning using algorithms that are very good at finding specific weird shapes in a sea of other astronomical data, according to van Dokkum.
The research paper was published on April 6 in The Astrophysical Journal Letters.
Reference: “A Candidate Runaway Supermassive Black Hole Identified by Shocks and Star Formation in its Wake” by Pieter van Dokkum, Imad Pasha, Maria Luisa Buzzo, Stephanie LaMassa, Zili Shen, Michael A. Keim, Roberto Abraham, Charlie Conroy, Shany Danieli, Kaustav Mitra, Daisuke Nagai, Priyamvada Natarajan, Aaron J. Romanowsky, Grant Tremblay, C. Megan Urry and Frank C. van den Bosch, 6 April 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/acba86
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA. NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.
