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De quoi se nourrissent les premiers trous noirs super-massifs de l'Univers ?

L'accrétion cosmologique pourrait fournir le principal carburant des premiers trous noirs super-massifs de l'Univers. C'est ce que suggère une étude théorique de Yohan Dubois, Christophe Pichon (IAP), Martin Haehnelt (University of Cambridge), Taysun Kimm, Adrianne Slyz, Julien Devriendt (University of Oxford), et Dmitry Pogosyan (University of Toronto) qui sera publiée dans MNRAS.

Les sondages profonds de galaxies à très grand décalage spectral nous enseignent que des trous noirs super-massifs de l'ordre d'un milliard de masses solaires sont déjà en place lorsque l'Univers n'a encore que quelques centaines de millions d'années d'existence. Ces trous noirs super-massifs - habituellement détectés dans les vieilles galaxies elliptiques de notre Univers proche - remettent en question la fašon dont s'opère la croissance de ces objets compacts : comment tant de matière peut s'accumuler si rapidement dans les bulbes des galaxies ?

Pour répondre à cette question, Yohan Dubois et Christophe Pichon et leurs co-auteurs ont utilisé des simulations cosmologiques hydrodynamiques à haute résolution permettant de suivre la formation et l'évolution de galaxies très massives pendant le premier milliard d'année de l'Univers. Pour bien comprendre comment le gaz tombe au sein des galaxies jeunes, il faut suivre la dynamique du milieu intergalactique. La trame cosmologique mène le gaz des vides vers les murs (à l'intersection des vides) puis vers les filaments (à l'intersection des murs) qui sont finalement capturés par les halos. Ce mouvement transverse, qui correspond à la cohérence de la structure cosmique à grande échelle, contrôle le flot de moment angulaire du gaz.

La modélisation numérique a permis de montrer que l'accrétion filamentaire de gaz froid tombe directement dans le cœur des halos et se connecte très tôt aux bulbes des galaxies. Ces courants froids acquièrent de plus en plus de moment angulaire à grande échelle et contribuent plus tard à la formation des disques en s'enroulant autour des galaxies.

De formidables quantités de gaz sont alors accumulées dans les disques des jeunes galaxies, ce qui les rend très instables sous l'effet de leur propre gravitation. Ainsi, ces disques se fragmentent sous forme de multiples amas gazeux qui, en migrant rapidement en direction du centre galactique, contribuent à former des bulbes et des trous noirs de plus en plus massifs.

Publications :
- arXiv : http://arxiv.org/abs/1112.2479
- Pour la Science : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/f/fiche-article-comment-des-trous-noirs-supermassifs-ont-ils-pu-se-former-seulement-quelques-centaines-de-milliers-d-annees-apres-le-big-bang-29360.php

Contact :
- Yohan Dubois (IAP)
Institut d'Astrophysique de Paris-CNRS-UPMC
dubois à iap.fr
Tél. : 33-1-7377-5508

De quoi se nourrissent les premiers trous noirs super-massifs de l'Univers ?
Ces images représentent la distribution de gaz (en bleu et vert), et sa température (en rouge) à l'échelle du halo (image de gauche) et à l'échelle de la galaxie (image de droite). Les courants de gaz froid sont observables par les filaments minces qui parviennent à se connecter à la galaxie centrale.
Image : Yohan Dubois

Institut d'Astrophysique de Paris - 98 bis boulevard Arago - 75014 Paris