Trou noir supermassif
[[Fichier:Rxj1242 comp.jpg|vignette|En haut : vue d'artiste d’un trou noir supermassif absorbant la matière environnante. En bas : images supposées d'un trou noir dévorant une étoile dans la galaxie Modèle:Nobr. Photo en [[rayon X|Modèle:Nobr]] avec le télescope Chandra à gauche ; photo optique prise par le VLT de l'ESO à droite.]]
Un trou noir supermassif (TNSM)<ref group="Note">En anglais Modèle:Lang (SMBH).</ref> est un trou noir dont la masse est de l'ordre d'un million de masses solaires ou plus. Il constitue l’un des quatre types de trous noirs avec les trous noirs primordiaux, les trous noirs stellaires, les trous noirs intermédiaires. Étant les plus massifs, leur masse peut atteindre jusqu'à Modèle:Nombre de masses solaires (ainsi celui de la galaxie Modèle:Nobr). Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre des galaxies massives et c'est un quasi consensus dans la communauté scientifique que chaque grosse galaxie abrite un tel objet. C'est le cas au centre de notre galaxie, la Voie lactée, qui abrite un tel trou noir supermassif, à savoir la source Modèle:Nobr.
Trous noirs supermassifs au centre des galaxies
Aujourd’hui, de nombreuses observations montrent qu’à peu près toutes les grandes galaxies possèdent un trou noir supermassif en leur centre<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>. C’est, par exemple, le cas de notre propre galaxie, la Voie lactée. L'indice le plus significatif de la présence d’un tel trou noir dans notre galaxie est le mouvement orbital des étoiles les plus proches du centre galactique, dans la région appelée Modèle:Nobr. Le suivi des trajectoires a permis de mesurer directement la masse du trou noir central : Modèle:Nb de masses solaires<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>. En 2002, des astronomes suivent l’étoile S2 dans Modèle:Lang et montrent qu’elle s’approche jusqu’à Modèle:Unité du trou noir central<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web et en particulier Modèle:Lien web montrant la trajectoire de l’étoile S2.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>.
Observations
En Modèle:Date-, l'instrument d'interférométrie GRAVITY, installé au Très Grand Télescope et développé par l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble, le Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique de Paris et le centre français en aérospatial, observe avec une précision inégalée, dans la banlieue de Modèle:Nobr, le trou noir supermassif distant de Modèle:Unité qui occupe le centre de la Voie lactée. Ces observations représentent une réussite technique de la communauté scientifique d'autant plus mémorable que l'étoile S2, ayant une orbite elliptique autour de ce trou noir supermassif, est passée en 2018 au plus près de ce dernier<ref>« GRAVITY observe avec succès les abords du trou noir de la Voie Lactée », CNRS, Modèle:Date-.</ref>.
Le Modèle:Date-, l’Modèle:Lang publie les premières images d'un trou noir, M87*, trou noir supermassif situé au centre de M87<ref name="temps">Modèle:Article.</ref>,<ref name="AkiyamaAlberdi2019">Modèle:Article.</ref>.
Entre mars et juillet 2021, en utilisant encore ce très grand télescope, Reinhard Genzel et son équipe observent des étoiles proches de Sagittaire A*. Ils constatent que l'étoile S29 s'accélère jusqu'à une vitesse de Modèle:Unité (plus rapide que celle de S2) et découvrent ainsi une nouvelle étoile S300. Ils en conclent qu'au centre de la Voie lactée, Modèle:Unité de la masse appartient au trou noir supermassif de Sagittaire A*<ref>Observatoire européen austral, Watch stars move around the Milky Way's supermassive black hole in deepest images yet, le 14 décembre 2021 {{#invoke:Langue|indicationDeLangue}}[1]</ref>,<ref>Site Science Post, Voici les images les plus nettes jamais prises du cœur de la Voie lactée, le 20 décembre 2021 [2]</ref>.
L'image du trou noir central de la Voie lactée Sagittarius A* est présentée en mai 2022 à l'issue d'un long travail de traitement de données<ref>Modèle:Article</ref>.
Propriétés
Par comparaison avec un trou noir stellaire, la densité moyenne d’un trou noir supermassif peut en fait être très faible (parfois plus faible que celle de l’eau). Cela s’explique par le fait que le rayon de Schwarzschild du trou noir croît proportionnellement à la masse, ce qui induit que la densité moyenne à l'intérieur de son rayon de Schwarzschild décroît selon le carré de sa masse. Plus le trou noir est grand, moins sa densité moyenne est grande, même si sa masse croît sans limite. Ainsi, la masse volumique d'un trou noir de Modèle:Unité solaires est comparable à celle de l'eau<ref name="CMS1999">Modèle:Article.</ref>. Pour se représenter un tel trou noir, on peut imaginer une boule d'eau de Modèle:Nombre de kilomètres de rayon, s'étendant donc du Soleil jusqu'à la ceinture d'astéroïdes. Une telle boule, si elle existait, s'effondrerait sous l'effet de sa propre gravité pour former un trou noir d'un rayon de Schwarzschild égal à son rayon initial. Un trou noir de Modèle:Unité aurait la masse volumique de l'air et un rayon de Modèle:Nombre de kilomètres. Le trou noir M87* a une masse de l'ordre de Modèle:Unité solaires et un rayon de Modèle:Nombre de kilomètres ; son diamètre est donc de Modèle:Nombre de kilomètres, ou Modèle:Nombre ; comme il est situé à Modèle:Nombre d'années-lumière de la Terre, son diamètre apparent serait de Modèle:Unité (microsecondes d'arc). Son ombre, enregistrée par la collaboration Modèle:Lang, a un diamètre de l'ordre de Modèle:Unité.
Autre fait notable, les forces de marées sont négligeables au voisinage de l’horizon des évènements d’un trou noir supermassif, car la singularité gravitationnelle centrale en est très éloignée. Ce qui fait qu’un explorateur s’approchant d’un trou noir supermassif ne ressentirait rien de particulier lors du franchissement de son horizon.
Formation
La formation des trous noirs supermassifs est encore fortement débattue, mais elle se fait certainement sur de bien plus grandes échelles de temps que le délai de formation d’un trou noir stellaire. Ces derniers apparaissent après l’explosion d’une supernova produite par une étoile massive, comme une étoile Wolf-Rayet, ou d'une hypernova.
L’hypothèse la plus simple de la formation des trous noirs supermassifs est de commencer par un trou noir stellaire, accrétant ensuite de la matière pendant des milliards d’années. Cette hypothèse a cependant de nombreux défauts, parmi lesquels la nécessité d’une très grande densité d’étoiles dans son voisinage proche pour nourrir continuellement le trou noir.
Surtout des observations nouvelles ont montré l’existence de trous noirs supermassifs aux très grands décalages vers le rouge, c’est-à-dire au début de l’évolution de l’Univers<ref>Modèle:Lien web</ref>. Ces trous noirs n’auraient ainsi pas eu le temps de se former par simple accrétion d’étoiles, même si elles auraient alors été très massives. Il reste donc à en déterminer le processus, mais il semble possible que la formation de tels trous noirs ait été très rapide, dès les débuts de l’Univers<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Une hypothèse en ce sens est qu'il est possible que ces trous noirs supermassifs se soient formé au sein de quasi-étoiles au début de l'univers<ref>Modèle:Lien web</ref>.
Exemples
Situé à Modèle:Unité de la Terre, le trou noir du centre de la Voie lactée a une masse de Modèle:Nobr de fois celle du Soleil<ref>Alain Riazuelo et Sylvie Rouat, « Voyage au cœur d'un trou noir », Sciences et Avenir, Modèle:P..</ref> et son diamètre est d'une vingtaine de millions de kilomètres.
Au cœur des galaxies de l'Univers, les trous noirs dits supermassifs sont compris dans la fourchette d'un million à Modèle:Nobr de fois la masse du Soleil. Ils se trouvent par exemple dans :
- 4C +37.11 dans la constellation de Persée ;
- Abell 400 dans la constellation de la Baleine ;
- APM 08279+5255 dans la constellation du Lynx ;
- HE 0450-2958 dans la constellation du Burin ;
- MRC 1138-262 dans la constellation de l'Hydre ;
- OJ 287 dans la constellation du Cancer ;
- NGC 4261 dans la constellation de la Vierge ;
- Q0906+6930 dans la constellation de la Grande Ourse ;
- Sagittarius A*, au cœur de la Voie lactée, dans la constellation du Sagittaire ;
- CGCG 049-033, située à Modèle:Nombre d'années-lumière de la Terre, a un trou noir estimé à un milliard de masses solaires et a engendré le jet record de particules long de près de Modèle:Nombre d'années-lumière ;
- le centre de la galaxie M87, le trou noir supermassif M87* émettant un jet découvert en 1997 et ayant une masse de Modèle:Nombre de masses solaires<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Daniel Bates, « Modèle:Lang », Modèle:Lang, Modèle:Date-.</ref> située dans un rayon de seulement dix années-lumière<ref>Françoise Combes, « Et si notre monde était né d'un trou noir », Sciences et Avenir, Modèle:Date-, Modèle:P..</ref> ;
- J1148+5251, contenant un trou noir supermassif de plusieurs milliards de fois la masse du Soleil<ref>Laurent Sacco, « Les trous noirs géants se seraient formés avant leurs galaxies hôtes », Futura-Sciences, Modèle:Date-.</ref>.
Le satellite Chandra a permis d’observer, au centre de la galaxie Modèle:Lnobr, deux trous noirs supermassifs en orbite l’un autour de l’autre<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Bibliographie
- Modèle:Ouvrage HAL tel-00920959.
- Amaro Seoane, « Trous noirs binaires »Modèle:Pdf, Collège de France, Modèle:Date-.
- Suzy Collin-Zahn, « Les trous noirs supermassifs dans l'univers »Modèle:Pdf, commission cosmologie de la SAF, Modèle:Date-.
Notes et références
Notes
Références
Annexes
Articles connexes
- Observation et détection des trous noirs
- Formation des trous noirs
- Historique des trous noirs
- Trou noir
- Trou noir primordial
Liens externes
- « Trous noirs supermassifs : la grande évasion », La Science, CQFD, France Culture 16 mai 2023.
- Modèle:Lien web
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