2024-06-15 23:06:34
L’un des principaux objectifs scientifiques des observatoires de nouvelle génération (comme le Télescope spatial James Webb) a consisté à observer les premières galaxies de l’Univers – celles qui existaient à l’Aube Cosmique. Cette période correspond à la formation des premières étoiles, galaxies et trous noirs de notre Univers, environ 50 millions à 1 milliard d’années après le Big Bang. En examinant comment ces galaxies se sont formées et ont évolué au cours des premières périodes cosmologiques, les astronomes auront une image complète de l’évolution de l’Univers au fil du temps.
L’équipe de recherche était dirigée par W. Niel Brandt, professeur d’astronomie et d’astrophysique de la chaire Eberly Family au Eberly College of Science de Penn State. Leurs recherches sont décrites dans deux articles présentés lors de la 244e réunion de l’American Astronomical Society (AAS224), qui s’est tenue du 9 au 13 juin à Madison, dans le Wisconsin. Leur premier article, « Mapping the Growth of Supermassive Black Holes as a Function of Galaxy Stellar Mass and Redshift », est paru le 29 mars dans Le journal d’astrophysique, tandis que le second est en attente de publication. Fan Zou, étudiant diplômé de l’Eberly College, était l’auteur principal des deux articles.
Illustration d’un quasar actif. De nouvelles recherches montrent que les SMBH mangent assez rapidement pour les déclencher. Crédit : ESO/M. Messager de Korn
Pour leurs recherches, l’équipe s’est appuyée sur des données d’enquête du ciel à rayons X de pointe obtenues par l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA, la mission Newton à rayons X multi-miroirs de l’ESA (XMM-Newton) et l’Institut Max Planck de physique extraterrestre. Télescope eROSITA. Ils ont mesuré la croissance induite par l’accrétion dans un échantillon de 8 000 noyaux galactiques actifs (AGN) situés dans 1,3 million de galaxies. Ceci a été combiné avec IllustrisTNG, une suite de simulations cosmologiques de pointe qui modélisent la formation, l’évolution et les fusions des galaxies depuis Cosmic Dawn jusqu’à nos jours. Cette approche combinée a fourni la meilleure modélisation à ce jour de la croissance des SMBH au cours des 12 derniers milliards d’années. Brandt a déclaré :
« Pendant le processus de consommation du gaz de leurs galaxies hôtes, les trous noirs émettent de puissants rayons X, et c’est la clé pour suivre leur croissance par accrétion. Nous avons mesuré la croissance induite par l’accrétion à l’aide des données d’études du ciel aux rayons X accumulées sur plus de 20 ans par trois des installations à rayons X les plus puissantes jamais lancées dans l’espace.
« Dans notre approche hybride, nous combinons la croissance observée par accrétion avec la croissance simulée par fusion pour reproduire l’historique de croissance des trous noirs supermassifs. Avec cette nouvelle approche, nous pensons avoir produit l’image la plus réaliste de la croissance des trous noirs supermassifs jusqu’à nos jours. »
Cette image fixe montre la chronologie allant du Big Bang à droite vers le présent à gauche. Au milieu se trouve la période de réionisation où les bulles initiales ont provoqué l’aube cosmique. Crédit : NASA SVS
Leurs résultats indiquent que les SMBH de toutes masses ont augmenté beaucoup plus rapidement lorsque l’Univers était plus jeune et que l’accrétion était le principal moteur de la croissance des trous noirs dans la plupart des cas. Ils ont également noté que les fusions ont apporté des contributions secondaires notables, en particulier celles des plus grandes PME au cours des 5 derniers milliards d’années. Cela suggère que de nouveaux SMBH ont continué à émerger au cours du début de l’Univers, mais que le processus de formation était pratiquement réglé vers environ 2000 ans. Il y a 7 milliards d’années. Comme Zou l’a conclu :
« Grâce à notre approche, nous pouvons suivre la manière dont les trous noirs centraux de l’univers local se sont probablement développés au fil du temps cosmique. À titre d’exemple, nous avons considéré la croissance du trou noir supermassif au centre de notre Voie lactée, qui a une masse de 4 millions de masses solaires. Nos résultats indiquent que le trou noir de notre Galaxie s’est probablement développé relativement tard dans le temps cosmique.
Outre Zou et Brandt, l’équipe internationale comprenait des chercheurs de l’Institut pour la gravitation et le cosmos et des départements de physique, de statistiques, d’astronomie et d’astrophysique de Penn State. Parmi les autres membres de l’équipe figuraient des chercheurs de l’Université du Michigan, de l’Université de Nanjing en Chine, de l’Université des sciences et technologies de Chine, de l’Institut Max Planck de physique extraterrestre et de l’Université de Groningue aux Pays-Bas.
Lectures complémentaires : Observatoire de rayons X Chandra, The Astrophysical Journal
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