La paire condamnée est plus proche que jamais

Vue d’artiste de deux trous noirs sur le point d’entrer en collision.

De nouvelles observations et analyses révèlent deux trous noirs de Goliath distants de seulement 750 années-lumière et se rapprochant, en orbite l’un autour de l’autre à la suite d’une fusion de galaxies.

Des astronomes du Flatiron Institute et leurs collègues ont découvert deux Goliaths fantomatiques en route pour une réunion cataclysmique. Les astronomes ont fait cette annonce le 9 janvier lors de la réunion de l’American Astronomical Society à Seattle et dans un article publié dans la revue Lettres du journal astrophysique.

Alors que les trous noirs supermassifs cosmiquement proches les uns des autres ne sont qu’à 750 années-lumière, les trous noirs supermassifs ne fusionneront pas avant quelques centaines de millions d’années. Pendant ce temps, la découverte des astronomes fournit une meilleure estimation du nombre de trous noirs supermassifs qui sont également sur le point d’entrer en collision dans l’univers.

Trous noirs binaires dans UGC 4211

La conception de cet artiste montre une fusion galactique tardive et deux trous noirs centraux nouvellement découverts. Les trous noirs binaires sont les plus proches les uns des autres observés à plusieurs longueurs d’onde. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) ; Une mere. Weiss (NRAO/AUI/NSF)

Ce nombre amélioré de sommets aidera les scientifiques à se connecter au chœur d’ondulations intenses dans l’espace-temps connu sous le nom de[{ » attribute= » »>gravitational waves, the largest of which are products of supermassive black holes close to collision in the aftermath of galaxy mergers. Detecting that gravitational-wave background will improve estimates of how many galaxies have collided and merged in the universe’s history.

The short distance between the newly discovered black holes “is fairly close to the limit of what we can detect, which is why this is so exciting,” says study co-author Chiara Mingarelli, an associate research scientist at the Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics in New York City.

Due to the small separation between the black holes, the astronomers could only differentiate between the two objects by combining many observations from seven telescopes, including NASA’s Hubble Space Telescope. (Although supermassive black holes aren’t directly visible through an optical telescope, they are surrounded by bright bunches of luminous stars and warm gas drawn in by their gravitational pull.)

Two Newly Discovered Supermassive Black Holes on a Collision Course

Telescope observations of two newly discovered supermassive black holes on a collision course. Their host galaxy, left, is a mash-up of two galaxies that have collided. The pink box shows the location of the supermassive black holes. Close observation of the pair, right, reveals two distinct black holes (white spots) only 750 light-years apart. Credit: M.J. Koss et al.

The astronomers found the pair quickly once they started looking, which means that close-together supermassive black holes “are probably more common than we think, given that we found these two and we didn’t have to look very far to find them,” Mingarelli says.

The newly identified supermassive black holes inhabit a mash-up of two galaxies that collided around 480 million light-years away from Earth. Gargantuan black holes live in the heart of most galaxies, growing bigger by gobbling up surrounding gas, dust, stars, and even other black holes. The two supermassive black holes identified in this study are true heavyweights: They clock in at 200 million and 125 million times the mass of our sun.

The black holes met as their host galaxies smashed into each other. Eventually they will begin circling each other, with the orbit tightening as gas and stars pass between the two black holes and steal orbital energy. Ultimately the black holes will start producing gravitational waves far stronger than any that have previously been detected, before crashing into each other to form one jumbo-size black hole.


La conception de cet artiste montre une fusion galactique tardive et deux trous noirs centraux nouvellement découverts. Les trous noirs binaires sont les plus proches les uns des autres observés à plusieurs longueurs d’onde. crédit:[{ » attribute= » »>ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al (Eureka Scientific), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Prior observations of the merging galaxies saw only a single supermassive black hole: Because the two objects are so close together, scientists couldn’t definitively tell them apart using a single telescope. The new survey, led by Michael J. Koss of Eureka Scientific in Oakland, California, combined 12 observations made on seven telescopes on Earth and in orbit. Although no single observation was enough to confirm their existence, the combined data conclusively revealed two distinct black holes.

“It’s important that with all these different images, you get the same story — that there are two black holes,” says Mingarelli, when comparing this new multi-observation research with previous efforts. “This is where other studies [of close-proximity supermassive black holes] Ils sont tombés dans le passé. Lorsque les gens les ont suivis, il s’est avéré qu’il n’y avait qu’un seul trou noir. [This time we] Elle a beaucoup de notes, toutes en accord.

Fusion de deux représentations schématiques de trous noirs supermassifs

Représentation schématique des étapes les plus importantes et des mécanismes physiques critiques conduisant à la fusion de deux trous noirs supermassifs et des échelles temporelles et spatiales représentatives correspondantes. Crédit : José Utreras/Ezequiel Treister, Centre d’astrophysique et des technologies associées (CATA) ; Michael Koss (Eureka Scientific), et al.

Elle et le scientifique invité du Flatiron Institute, Andrew Casey Clyde, ont utilisé les nouvelles observations pour estimer la population de trous noirs supermassifs fusionnés dans l’univers, et ont découvert qu’elle « peut être étonnamment élevée », a déclaré Mingarelli. Ils prédisent une abondance de paires de trous noirs supermassifs, qui génèrent une grande quantité d’ondes gravitationnelles ultra-fortes. Toute cette agitation devrait se traduire par un fond d’ondes gravitationnelles bruyantes plus facile à détecter que si la population était plus petite. La toute première détection de bruit de fond des ondes gravitationnelles pourrait arriver « très bientôt », dit Mingarelli.

Référence : « UGC 4211 : Double Active Galactic Nuclei Confirmed in the Local Universe at 230 PS Nuclear Separation » par Michael J. Benny Trachtenbrot, Franz E. Bauer, Georges C. Brevon, Claudio Ricci, Richard Moshotsky, Loreto Barcus-Muñoz, Laura Plesha, Thomas Connor, Fiona Harrison, Tingting Liu, Macon Magno, Chiara MF Mingarelli, Francisco Mueller-Sanchez, Kyosuke Oh T. Taro Shimizu, Krista Lynne Smith, Daniel Stern, Miguel Parra Tello et C. Megan Urry 9 janvier 2023, disponible ici. Lettres du journal astrophysique.
DOI : 10.3847/2041-8213/aca8f0

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