Des trous noirs supermassifs... nomades !

En analysant dans le visible et dans le domaine des rayons X un étrange objet baptisé CID-42, un groupe d’astrophysiciens est parvenu à une hypothèse spectaculaire. Il pourrait s’agir d’un trou noir supermassif en train de quitter sa galaxie, propulsé par une émission d’ondes gravitationnelles. Si cette théorie est juste, il pourrait donc exister de tels trous noirs nomades entre les galaxies.

Arthur Eddington et Albert Einstein pensaient que l’effondrement gravitationnel d’une étoile devait forcément s’arrêter avant d’atteindre une singularité de densité infinie. Einstein lui-même croyait avoir démontré qu’un amas globulaire d’étoiles ne pouvait pas s’effondrer en devenant plus petit qu’une sphère dont le rayon est donné par la fameuse formule de Schwarzschild.

En langage moderne, Einstein et Eddington pensaient que des trous noirs ne pouvaient pas se former dans l’univers et qu’il s’agissait de simples curiosités mathématiques des équations de la relativité générale, sans application physique au cosmos observable. Chandrasekhar et Oppenheimer étaient d’un avis différent et l’histoire finira par leur donner raison.

Aujourd’hui, on observe des trous noirs partout, notamment sous forme de quasars. On sait même qu’il y en a un au centre de la Voie lactée et qu’il s’apprête à dévorer un nuage de gaz. C’est un exemple de trou noir supermassif. On ne sait pas exactement comment ils se forment, bien qu’on ait de bonnes raisons de penser qu’ils grossissent à l’occasion de collisions galactiques comme celle qui devrait se produire dans quelques milliards d’années entre la galaxie d’Andromède et la Voie lactée.

Les deux trous noirs supermassifs qu'elles contiennent devraient former pendant un temps un trou noir binaire tout en spiralant l’une vers l’autre avant de fusionner. La collision s’accompagnera de déformations violentes de la surface de leurs horizons. Le trou noir final se débarrassera des bosselures de son horizon en vibrant, ce qui provoquera l’émission d’ondes gravitationnelles lissant son potentiel de gravitation extérieur. Ayant atteint un état stationnaire, il n’y aura plus alors qu’un seul trou noir de Kerr en rotation.

Il y a environ 5 ans, des astrophysiciens s’occupant de relativité numérique avaient simulé une telle fusion entre trous noirs, découvrant que si l’émission était asymétrique, l’impulsion emportée par ces ondes gravitationnelles pouvait accélérer l’astre compact final au point de lui faire dépasser la vitesse de libération d’une galaxie. Il ne s’agissait pour le moment que de spéculations, certes bien étayées, d’astrophysique relativiste. Mais une série d’articles publiés sur arxiv laisse entendre que la réalité pourrait bien être, une fois de plus, à la hauteur des équations de la relativité générale.

Des astronomes ont en effet observé dans le domaine des rayons X avec Chandra, ainsi que dans le visible avec Hubble et d’autres télescopes, l’objet baptisé CID-42. Il se trouve dans une galaxie située à environ 4 milliards d’années-lumière de la Voie lactée et qui fait partie de la région de la voûte céleste étudiée dans le cadre du Cosmic Evolution Survey (Cosmos).

Hubble avait indiqué la présence d’une galaxie possédant deux sources lumineuses compactes particulièrement brillantes et des mesures plus précises à l’aide des télescopes du VLT et de Magellan avaient montré que ces deux sources semblaient s’éloigner l’une de l’autre à environ 5 millions de km/h voire plus.

Chandra de son côté avait permis de découvrir qu’une intense source de rayons X, CID-42, était associée à une seule des sources lumineuses précédentes. Curieusement, il ne s'agissait pas de celle associée au noyau de la galaxie.

Selon les chercheurs, s’appuyant en plus sur une simulation numérique, le scénario le plus probable pour expliquer ces observations serait bel et bien celui d’une collision galactique ayant produit un trou noir supermassif en train de quitter son lieu de naissance. Propulsé initialement par une émission asymétrique d’onde gravitationnelle à la façon d’une sonde ayant éjecté des gaz, il finira par s’aventurer dans l’espace intergalactique. La seconde source lumineuse brillante serait seulement le bulbe central de la nouvelle galaxie, alors que la source brillant en rayons X serait donc le nouveau trou noir supermassif en train d’accréter de grandes quantités de matière.

Si tel est le cas, il faut probablement en conclure que de la même façon que l’on sait qu’il existe des étoiles et des planètes nomades dans une galaxie, il doit y avoir quelques trous noirs supermassifs nomades invisibles ou presque entre les galaxies dans des amas.