Quelle est la plus grande taille possible d'un trou noir ? Les astrophysiciens répondent à la question !

Les trous noirs supermassifs sont des objets que l'on trouve au centre des galaxies, dont la Voie lactée. Leur masse atteint des millions, voire des milliards de fois la masse du Soleil. Alors qu'une galaxie possède un trou noir supermassif en son centre, des milliards de trous noirs plus petits, appelés trous noirs stellaires, peuvent se trouver dans différentes parties de la galaxie.

Alors que les trous noirs stellaires se forment à la suite de la mort d'étoiles massives, l'origine des trous noirs supermassifs reste un mystère. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer la formation des trous noirs. L'une d'elles est que les trous noirs supermassifs se sont formés lorsque des trous noirs plus petits se sont nourris et ont fusionné. Une autre hypothèse est celle d'une formation directe à partir de nuages denses de gaz primordial.

En outre, il existe une relation entre les trous noirs supermassifs et leur galaxie, par exemple entre la masse du trou noir central et la masse du bulbe stellaire. Cette relation indique qu'une coévolution de la galaxie et du trou noir a pu se produire. En analysant cette relation, un groupe d'astronomes a découvert qu'il pourrait y avoir une limite supérieure à la masse d'un trou noir supermassif.

Trous noirs supermassifs

Les trous noirs supermassifs sont des trous noirs dont la masse est comprise entre des millions et des milliards de masses solaires. Les trous noirs supermassifs se trouvent généralement au centre des galaxies. La Voie lactée possède un trou noir supermassif appelé Sgr A*, d'une masse d'environ 4 millions de masses solaires.

Les trous noirs supermassifs ont un énorme horizon des événements qui peut varier du rayon de l'orbite de Mercure à des centaines de fois plus grand que le système solaire. L'horizon des événements est la région qui délimite le point où même la lumière ne peut s'échapper du trou noir. Le plus grand actuellement connu est Phoenix A*, dont la masse est 100 milliards de fois supérieure à celle du Soleil.

Origine des trous noirs

En raison de leur taille et de leur masse énormes, les trous noirs supermassifs n'auraient pas eu le temps d'atteindre ces tailles par accrétion uniquement. La question se pose donc de savoir comment les trous noirs supermassifs sont apparus et comment ils ont atteint le centre des galaxies. Différentes hypothèses ont été proposées pour expliquer l'origine de ces objets, mais à ce jour, aucune n'a pu l'expliquer.

L'une des raisons est que les observations faites lorsque l'Univers était extrêmement jeune montrent des trous noirs de très grande masse. Leur présence à cette époque de l'Univers pose un problème aux modèles théoriques, car le temps disponible pour leur croissance à partir de trous noirs stellaires est très court. Cela soulève des questions sur la vitesse de leur croissance.

Relation avec la galaxie

Une façon de répondre à cette question est d'examiner la relation connue entre les trous noirs supermassifs et les galaxies qu'ils habitent. Il existe différentes corrélations qui relient la masse du trou noir aux propriétés des galaxies. L'une d'entre elles est la relation masse-dispersion, qui montre que la masse du trou noir est liée à la vitesse de diffusion des étoiles dans le bulbe galactique.

Une autre corrélation est la masse du trou noir et la masse du bulbe galactique. Cela pourrait indiquer que ces trous noirs et leurs galaxies évoluent ensemble. Un exemple de cette co-évolution est l'effet de rétroaction lorsque les vents et les jets émis par le trou noir régulent la formation d'étoiles et empêchent la croissance excessive des galaxies.

Quand cessent-ils de croître ?

La question qui se pose est la suivante : jusqu'à quelle taille les trous noirs peuvent-ils grandir ? Existe-t-il une limite maximale qu'ils peuvent atteindre ? Selon un article récemment envoyé au dépôt arXiv, les trous noirs supermassifs auraient une limite naturelle de croissance, et cette limite serait imposée par les trous noirs eux-mêmes.

Lorsqu'un trou noir se nourrit de gaz, une partie de celui-ci est expulsée par des mécanismes de rétroaction, tels que des vents et des jets. Ces rétroactions peuvent atteindre des gaz froids et éloignés de la galaxie, provoquant leur réchauffement, tout en expulsant les gaz proches du trou noir. Ce processus de réchauffement stoppe la formation d'étoiles. Il empêche également le gaz de tomber vers le centre, régulant ainsi la croissance du trou noir.

Limite

En tenant compte des mécanismes de rétroaction, il est possible de calculer la plus grande taille possible d'un trou noir. La limite maximale qu'un trou noir pourrait atteindre serait d'environ 100 milliards de masses solaires.

Si cette découverte est confirmée, elle montrerait que Phoenix A* est l'un des seuls trous noirs de cette taille que nous pourrons jamais trouver. Il pourrait être extrêmement rare d'en trouver un plus grand ou de la même taille que Phoenix A*.

Référence de l'article :

Natarajan & Treister ¿Existe un límite superior para las masas de los agujeros negros? arXiv