Se régaler de trous noirs pris dans une toile d’araignée galactique

Souvent, une toile d’araignée évoque l’idée d’une proie capturée bientôt consommée par un prédateur en attente. Dans le cas du protocluster “Spiderweb”, cependant, les objets qui se trouvent dans une toile cosmique géante se régalent et grandissent, selon les données de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA.

La galaxie Spiderweb, officiellement connue sous le nom de J1140-2629, tire son surnom de son apparence en forme de toile dans certaines images de lumière optique. Cette ressemblance peut être vue dans l’encadré où les données du télescope spatial Hubble de la NASA montrent les galaxies en orange, blanc et bleu, et les données de Chandra sont en violet. Située à environ 10,6 milliards d’années-lumière de la Terre, la galaxie Spiderweb est au centre d’un protoamas, une collection croissante de galaxies et de gaz qui finira par évoluer en un amas de galaxies.

Pour rechercher des trous noirs en croissance dans le protocluster Spiderweb, une équipe de chercheurs l’a observé pendant plus de huit jours avec Chandra. Dans le panneau principal de ce graphique, une image composite du protocluster Spiderweb montre les rayons X détectés par Chandra (également en violet) qui ont été combinés avec les données optiques du télescope Subaru sur le Mauna Kea à Hawaï (rouge, vert et blanc ). La grande image mesure 11,3 millions d’années-lumière de diamètre.

La plupart des “taches” de l’image optique sont des galaxies du protoamas, dont 14 ont été détectées dans la nouvelle image profonde de Chandra. Ces sources de rayons X révèlent la présence de matière tombant vers des trous noirs supermassifs contenant des centaines de millions de fois plus de masse que le Soleil. Le protocluster Spiderweb existe à une époque de l’Univers que les astronomes appellent “midi cosmique”. Les scientifiques ont découvert que pendant cette période – environ 3 milliards d’années après le big bang – les trous noirs et les galaxies connaissaient une croissance extrême.

La toile d’araignée semble dépasser les normes élevées de même cette période active de l’Univers. Les 14 sources détectées par Chandra (entourées dans une image étiquetée) impliquent qu’environ 25% des galaxies les plus massives contiennent des trous noirs en croissance active. C’est entre cinq et vingt fois plus élevé que la fraction trouvée pour d’autres galaxies d’un âge similaire et avec à peu près la même gamme de masses.

Ces résultats suggèrent que certains facteurs environnementaux sont responsables du grand nombre de trous noirs à croissance rapide dans le protocluster Spiderweb. L’une des causes peut être qu’un taux élevé de collisions et d’interactions entre les galaxies balaie le gaz vers les trous noirs au centre de chaque galaxie, fournissant de grandes quantités de matière à consommer. Une autre explication est que le protoamas contient encore de grandes quantités de gaz froid qui est plus facilement consommé par un trou noir que du gaz chaud (ce gaz froid serait réchauffé au fur et à mesure que le protoamas évolue vers un amas de galaxies).

Une étude détaillée des données de Hubble peut fournir des indices importants sur les raisons du grand nombre de trous noirs à croissance rapide dans le protocluster Spiderweb. L’extension de ce travail à d’autres protoclusters nécessiterait également la vision nette aux rayons X de Chandra.

Un article décrivant ces résultats a été accepté pour publication dans la revue Astronomie et astrophysique et une préimpression est disponible en ligne.