Au fond de notre galaxie se cache un trou noir. Ou est-ce? Bien que tout soit calme sur le front ouest maintenant, il peut y avoir des preuves que notre centre galactique abritait autrefois une activité assez impressionnante - une activité qui peut avoir inclus de multiples événements de collision et des fusions de trous noirs alors qu'il se gorgeait de galaxies satellites. Grâce aux nouvelles idées de deux professeurs adjoints, Kelly Holley-Bockelmann de Vanderbilt et Tamara Bogdanovic du Georgia Institute of Technology, nous avons plus de preuves qui indiquent le passé incroyablement actif de la Voie lactée.
"Tamara et moi venions d'assister à une conférence d'astronomie à Aspen, Colorado, où plusieurs de ces nouvelles observations ont été annoncées", a déclaré Holley-Bockelmann. «C'était en janvier 2010 et une tempête de neige avait fermé l'aéroport. Nous avons décidé de louer une voiture pour nous rendre à Denver. Alors que nous traversions la tempête, nous avons rassemblé les indices de la conférence et réalisé qu'un seul événement catastrophique - la collision entre deux trous noirs il y a environ 10 millions d'années - pourrait expliquer toutes les nouvelles preuves. »
Maintenant, imaginez un ciel nocturne illuminé par une énorme nébuleuse, qui couvre la moitié de la sphère céleste. Ce n'est pas un rêve, c'est une réalité. Ces lobes massifs de rayonnement de haute énergie sont connus sous le nom de bulles de Fermi et ils couvrent une région d'environ 30 000 années-lumière de chaque côté du cœur de la Voie lactée. Bien que nous ne puissions pas les observer directement à la lumière visible, ces particules se déplacent à près de 186 000 miles par seconde et brillent dans les longueurs d'onde des rayons X et gamma.
Selon Fulai Guo et William G. Mathews de l'Université de Californie à Santa Cruz: «Les bulles de Fermi fournissent des preuves plausibles d'une récente activité puissante de jet AGN dans notre galaxie, apportant de nouvelles informations sur l'origine de la population de halo CR et le canal à travers lesquels des trous noirs massifs dans les galaxies à disques libèrent de l'énergie de rétroaction pendant leur croissance. »
Cependant, notre centre galactique abrite plus que quelques bulles incroyables - c'est l'emplacement de trois des amas de jeunes étoiles les plus massifs du royaume de la Voie lactée. Connus sous le nom de clusters Central, Arches et Quintuplet, chaque groupe abrite plusieurs centaines de jeunes étoiles chaudes qui éclipsent le Soleil. Ils vivront une vie courte, brillante et violente… s'épuisant en quelques millions d'années. Parce qu'elles vivent vite et meurent jeunes, ces étoiles en grappes doivent s'être formées au cours des dernières années lors d'une éruption de formation d'étoiles près du centre galactique - un autre indice de ce puzzle cosmique.
«En raison de leur masse élevée et du FMI apparemment lourd, les amas du Centre Galactique contiennent certaines des étoiles les plus massives de la Galaxie. Ceci est important, car les étoiles massives sont des ingrédients clés et des sondes des phénomènes astrophysiques à toutes les échelles de taille et de distance, depuis les sites de formation d'étoiles individuels, tels que Orion, jusqu'au début de l'Univers à l'époque de la réionisation lorsque les premières étoiles sont nées. En tant qu'ingrédients, ils contrôlent l'évolution dynamique et chimique de leurs environs locaux et des galaxies individuelles par leur influence sur l'énergétique et la composition du milieu interstellaire. » dit Donald F. Figer. «Ils jouent probablement un rôle important dans l'évolution précoce des premières galaxies, et il est prouvé qu'ils sont les précurseurs des explosions les plus énergétiques de l'Univers, vues comme des sursauts gamma. En tant que sondes, ils définissent les limites supérieures du processus de formation d'étoiles et leur présence met probablement fin à la formation d'étoiles de masse inférieure à proximité. Ils sont également des produits de sortie importants des fusions galactiques, des galaxies à explosion stellaire et des noyaux galactiques actifs. »
Pour approfondir le mystère, regardez de plus près notre trou noir central. Il s'étend sur environ 40 secondes-lumière de diamètre et pèse environ quatre millions de masses solaires. D'après ce que nous savons, cela devrait produire des marées gravitationnelles intensives - celles qui devraient aspirer dans les environs. Alors, comment se fait-il que les astronomes aient découvert des groupes de nouvelles étoiles brillantes à moins de 3 années-lumière de l'horizon des événements? Bien sûr, ils pourraient être sur le chemin de l'oubli, mais les données montrent que ces étoiles semblent s'y être formées. C'est tout un exploit, car il faudrait un nuage moléculaire 10 000 fois plus dense que celui situé dans notre centre galactique! Ne devrait-il pas aussi y avoir de vieilles étoiles? La réponse est oui, il devrait y en avoir… mais il y en a beaucoup moins que ce que nous pouvons observer et ce que prédisent les modèles théoriques actuels.
Holley-Bockelmann n'allait pas laisser le problème reposer. À son retour à la maison, elle a fait appel à Meagan Lang, étudiante diplômée de Vanderbilt, pour l'aider à résoudre l'énigme. Ils ont ensuite recruté Pau Amaro-Seoane de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle en Allemagne, Alberto Sesana de l’Institut de Ciències de l’Espai en Espagne et le professeur adjoint de recherche Vanderbilt, Manodeep Sinha. Avec autant d'esprits brillants pour aider à résoudre cette énigme, ils sont rapidement arrivés à une explication plausible - une qui correspond aux observations et permet des prédictions vérifiables.
Selon leur théorie, une galaxie satellite de la Voie lactée a commencé à migrer vers notre cœur. En fusionnant avec notre galaxie, sa masse a été arrachée, ne laissant que son trou noir et une petite collection d'étoiles liées par gravitation. Après plusieurs millions d'années, ce «reste» a finalement atteint le centre galactique et les trous noirs ont commencé à fusionner. Alors que le plus petit trou noir tourbillonnait autour du plus grand, il a labouré d'énormes sillons de gaz et de poussière, les poussant dans le plus grand trou noir et a créé les bulles de Fermi. Les forces gravitationnelles en duel n'étaient pas douces… ces marées intenses étaient tout à fait capables de comprimer les nuages moléculaires entourant le noyau en la densité requise pour produire de jeunes étoiles fraîches. Peut-être les très jeunes étoiles que nous observons maintenant au centre galactique?
Cependant, il y a plus dans l'image que ce que l'on voit. Ce même labour du gazon cosmique aurait également chassé les étoiles plus anciennes existantes du voisinage du trou noir central massif. C'est une scène qui correspond aux modèles actuels où une fusion de trous noirs jette des étoiles dans la galaxie à des hyper vitesses ... une scène qui correspond à l'observation d'un manque de vieilles étoiles aux limites de notre trou noir supermassif.
"L'attraction gravitationnelle du trou noir de la galaxie satellite aurait pu tailler près de 1 000 étoiles du centre galactique", a déclaré Bogdanovic. "Ces étoiles devraient toujours courir dans l'espace, à environ 10 000 années-lumière de leurs orbites d'origine."
Peut-on prouver tout cela? La réponse est oui. Grâce à des levés à grande échelle comme le Sloan Digital Sky Survey, nous devrions être en mesure de localiser les étoiles se déplaçant à une vitesse plus élevée que les étoiles qui n'ont pas été soumises à une interaction similaire. Si des astronomes comme Holley-Bockelmann et Bogdanovic regardent les preuves tangibles, ils découvriront probablement un nombre crédible d'étoiles à grande vitesse qui valideront leur modèle de fusion de la Voie lactée.
Ou font-ils simplement des bulles?
