Des trous noirs supermassifs qui pèsent plusieurs milliards de fois la masse de notre Soleil sont présents au centre des galaxies actives. Les astronomes les observent comme des noyaux galactiques brillants où le trou noir supermassif de la galaxie dévore la matière d’un violent tourbillon appelé disque d’accrétion. Une partie de la matière est expulsée dans un jet puissant. Ce processus fait briller le noyau galactique sur tout le spectre électromagnétique.
Dans une étude récente, les astronomes ont trouvé des preuves de deux trous noirs supermassifs s’encerclant grâce à des signaux provenant des jets associés à l’accrétion de matière dans les deux trous noirs. La galaxie, ou un quasar comme on l’appelle techniquement, s’appelle OJ287 et elle est la furthermore étudiée et la mieux comprise comme un système de trous noirs binaires. Dans le ciel, les trous noirs sont si proches les uns des autres qu’ils fusionnent en un seul level. Le fait que le position se compose en fait de deux trous noirs devient évident en détectant qu’il émet deux styles de signaux différents.
La galaxie active OJ 287 se trouve dans la course de la constellation du Most cancers à une distance d’environ 5 milliards d’années-lumière et a été observée par les astronomes depuis 1888. Il y a déjà as well as de 40 ans, l’astronome de l’Université de Turku Aimo Sillanpää et ses associés ont remarqué que il y a un modèle significant dans son émission qui a deux cycles, l’un d’environ 12 ans et le additionally lengthy d’environ 55 ans. Ils ont suggéré que les deux cycles résultent du mouvement orbital de deux trous noirs l’un autour de l’autre. Le cycle le additionally court est le cycle orbital et le in addition extended résulte d’une évolution lente de l’orientation de l’orbite.
Le mouvement orbital est révélé par une série d’éruptions qui surviennent lorsque le trou noir secondaire plonge régulièrement à travers le disque d’accrétion du trou noir primaire à des vitesses qui sont une portion plus lentes que la vitesse de la lumière. Cette plongée du trou noir secondaire chauffe le matériau du disque et le gaz chaud est libéré sous forme de bulles en enlargement. Ces bulles chaudes mettent des mois à se refroidir pendant qu’elles rayonnent et provoquent un flash de lumière – une éruption – qui dure environ quinze jours et est moreover brillante qu’un billion d’étoiles.
Après des décennies d’efforts pour estimer le moment de la plongée du trou noir secondaire à travers le disque d’accrétion, des astronomes de l’Université de Turku en Finlande dirigés par Mauri Valtonen et son collaborateur Achamveedu Gopakumar de l’Institut Tata de recherche fondamentale à Mumbai, en Inde, et d’autres ont pu modéliser l’orbite et prédire avec précision quand ces éruptions se produiraient.
Des campagnes d’observation réussies en 1983, 1994, 1995, 2005, 2007, 2015 et 2019 ont permis à l’équipe d’observer les éruptions prévues et de confirmer la présence d’une paire de trous noirs supermassifs dans OJ 287.
“Le nombre complete d’éruptions prédites est maintenant de 26, et presque toutes ont été observées. Le as well as gros trou noir de cette paire pèse furthermore de 18 milliards de fois la masse de notre Soleil tandis que le compagnon est environ 100 fois in addition léger et leur orbite est rectangular, pas circulaire », explique le professeur Achamveedu Gopakumar.
Malgré ces endeavours, les astronomes n’avaient pas pu observer un signal direct du additionally petit trou noir. Avant 2021, son existence n’avait été déduite qu’indirectement des éruptions et de la façon dont il fait vaciller le jet du in addition grand trou noir.
“Les deux trous noirs sont si proches l’un de l’autre dans le ciel qu’on ne peut pas les voir séparément, ils fusionnent en un seul stage dans nos télescopes. Ce n’est que si nous voyons des signaux clairement séparés de chaque trou noir que nous pouvons dire que nous avons réellement ” vu “les deux”, explique l’auteur principal, le professeur Mauri Valtonen.
Petit trou noir directement observé pour la première fois
De manière passionnante, les campagnes d’observation en 2021/2022 sur OJ 287 à l’aide d’un grand nombre de télescopes de différents varieties ont permis aux chercheurs d’obtenir des observations du trou noir secondaire plongeant à travers le disque d’accrétion pour la première fois, et les signaux provenant du additionally petit trou noir lui-même.
“La période en 2021/2022 avait une signification particulière dans l’étude d’OJ287. Auparavant, il avait été prédit que pendant cette période, le trou noir secondaire plongerait à travers le disque d’accrétion de son compagnon le moreover massif. Cette plongée devait produire un éclair très bleu juste après l’impact, et il a en effet été observé, quelques jours après l’heure prévue, par Martin Jelinek et ses associés de l’Université procedure tchèque et de l’Institut astronomique de Tchéquie », explique le professeur Mauri Valtonen.
Cependant, il y a eu deux grosses surprises — de nouveaux varieties de fusées éclairantes qui n’avaient pas été détectées auparavant. Le leading d’entre eux n’a été vu que par une campagne d’observation détaillée de Staszek Zola de l’Université Jagellonne de Cracovie, en Pologne, et pour une bonne raison. Zola et son équipe ont observé une grande éruption, produisant 100 fois moreover de lumière qu’une galaxie entière, et cela n’a duré qu’une journée.
“Selon les estimations, l’éruption s’est produite peu de temps après que le as well as petit trou noir ait reçu une dose massive de nouveau gaz à avaler pendant sa plongée. C’est le processus d’avalement qui conduit à l’éclaircissement soudain d’OJ287. On pense que ce processus a a permis au jet qui jaillit du as well as petit trou noir d’OJ 287. Un événement comme celui-ci avait été prédit il y a dix ans, mais n’a pas été confirmé jusqu’à présent », explique Valtonen.
Le deuxième sign inattendu provenait des rayons gamma et il a été observé par le télescope Fermi de la NASA. La in addition grande éruption de rayons gamma dans OJ287 depuis six ans s’est produite juste au minute où le plus petit trou noir a plongé à travers le disque de gaz du trou noir primaire. Le jet du moreover petit trou noir interagit avec le gaz du disque, et cette conversation conduit à la generation de rayons gamma. Pour confirmer cette idée, les chercheurs ont vérifié qu’une éruption gamma similaire avait déjà eu lieu en 2013 lorsque le petit trou noir est tombé à travers le disque de gaz la dernière fois, vu depuis la même direction d’observation.
“Alors qu’en est-il de l’éclatement d’un jour, pourquoi ne l’avons-nous pas vu auparavant ? OJ287 est enregistré en photographies depuis 1888 et est suivi de manière intensive depuis 1970. Il s’avère que nous avons simplement eu de la malchance. Personne n’a observé exactement OJ287 ces nuits où il a fait sa cascade d’une nuit. Et sans la surveillance extreme du groupe de Zola, nous l’aurions également manqué cette fois-ci », déclare Valtonen.
Ces efforts font d’OJ 287 le meilleur candidat pour une paire de trous noirs supermassifs qui envoie des ondes gravitationnelles à des fréquences nano-hertz. En outre, OJ 287 est régulièrement surveillé par les consortiums Function Horizon Telescope (EHT) et World wide mm-VLBI Array (GMVA) pour rechercher des preuves supplémentaires de la présence d’une paire de trous noirs supermassifs en son centre et, en particulier, pour essayez d’obtenir l’image radio du jet secondaire.
Les instruments qui faisaient partie de la campagne 2021-2022 comprennent le télescope à rayons gamma Fermi de la NASA et le télescope Swift ultraviolet à rayons X, des observations de longueur d’onde optique par des astronomes en République tchèque, en Finlande, en Allemagne, en Espagne, en Italie, au Japon, en Inde, en Chine, Grande-Bretagne et États-Unis, et observations par radiofréquence d’OJ287 à l’Université Aalto, Helsinki, Finlande.