Petite et sans prétention, Segue 1 est une galaxie naine proche ne contenant qu'une poignée d'étoiles, trop peu pour fournir la gravité nécessaire pour s'empêcher de se disperser dans l'espace. Comme d’autres galaxies naines, on a longtemps cru que la gravité provenant d’une substance mystérieuse appelée matière noire était la principale force de liaison.
Cependant, de nouvelles recherches menées par l'Université du Texas à Austin et l'Université du Texas à San Antonio remettent en question cette hypothèse, remettant en question la compréhension des astronomes sur les galaxies naines. Au lieu de la matière noire, un trou noir géant au cœur de Segue 1 fournit la colle nécessaire, gardant les étoiles attachées grâce à son attraction gravitationnelle.
« Notre travail pourrait révolutionner la modélisation des galaxies naines ou des amas d'étoiles en incluant des trous noirs supermassifs au lieu de simples halos de matière noire », a déclaré Nathaniel Lujan, étudiant diplômé de l'UTSA qui a dirigé la recherche.
La découverte, récemment publiée dans Les lettres du journal astrophysiqueest le point culminant d'un cours d'astronomie organisé conjointement par l'UT Austin et l'UTSA. Co-enseigné par les astrophysiciens Karl Gebhardt (UT Austin) et Richard Anantua (UTSA), le cours a donné aux étudiants l'occasion d'utiliser des technologies et des techniques de modélisation avancées pour étudier les effets de la gravité dans les galaxies.
« Nous avons conçu ce cours pour favoriser la collaboration entre nos deux universités », a déclaré Gebhardt. « Initialement, le projet consistait à modéliser la dynamique gravitationnelle à l'intérieur de Segue 1. Le fait qu'il ait abouti à une découverte importante est un véritable témoignage du talent de ces étudiants et de leur travail déterminé et acharné. »
Les étudiants ont utilisé des superordinateurs du Texas Advanced Computing Center de l'UT Austin pour créer des centaines de milliers de modèles complexes. Chacun a tracé les trajectoires attendues des étoiles de Segue 1 en fonction de la présence d'un trou noir, de sa taille, de l'abondance de matière noire et d'autres facteurs hypothétiques, le tout à la recherche d'un modèle qui corresponde étroitement aux mouvements réels des étoiles observés par l'observatoire WM Keck.
« Nate a commencé son premier cours optionnel d'astronomie avec une excellente éthique de travail et un penchant pour l'apprentissage de nouvelles méthodologies », a déclaré Anantua. « Les deux étaient nécessaires pour ce projet, qui combinait une courbe d'apprentissage informatique abrupte avec une compréhension théorique de la forte gravité à proximité des trous noirs supermassifs. »
Les étudiants ont commencé par identifier les étoiles sous l'influence gravitationnelle de Segue 1. Située à seulement 75 000 années-lumière, Segue 1 est une très proche voisine de la Voie Lactée. En tant que telle, la Voie Lactée, bien plus puissante sur le plan gravitationnel, attire activement les étoiles en elle-même. Ce processus est appelé « décapage des marées ».
Les étoiles dénudées seraient réparties sur Segue 1, les bords extérieurs de la galaxie étant dominés par celles qui migrent. En mesurant la population d'étoiles à la périphérie et en soustrayant celle de la région centrale, ils ont filtré les étoiles sous l'influence de la Voie lactée.
Ensuite, l’équipe a tracé la vitesse et la direction des étoiles restantes. Il est vite devenu clair que les étoiles vers le centre se déplaçaient en cercles rapides et serrés – signe révélateur d’un trou noir. Les modèles avec une proportion élevée de matière noire, ou à la fois de matière noire et un trou noir, ne correspondaient pas bien.
À l’excitation de trouver le trou noir s’ajoutait sa taille énorme. Avec une masse estimée à 450 000 fois la masse de notre soleil, elle représente environ 10 fois la masse de toutes les étoiles de Segue 1 réunies. Dans la plupart des galaxies, la masse d’un trou noir central ne dépasse pas celle des étoiles.
« Il existe une forte relation entre la masse du trou noir et la masse de la galaxie hôte. Le trou noir de Segue 1 est nettement plus grand que prévu », a expliqué Gebhardt. « Si ce rapport de masse élevé est courant parmi les galaxies naines, nous devrons réécrire la façon dont ces systèmes évoluent. »
Une explication possible du développement de Segue 1 est qu'il s'agissait d'une galaxie plus grande avec beaucoup plus d'étoiles. Cependant, au fil du temps, la Voie lactée a peut-être volé la plupart de ses étoiles, n’en laissant que quelques-unes derrière elle.
Une autre possibilité est que Segue 1 soit similaire à une classe de galaxies récemment découverte appelée Petits Points Rouges, qui semblent s'être développées avec d'énormes trous noirs et très peu d'étoiles. Situées aux confins de l’univers, ces premières galaxies sont difficiles à étudier. Avec Segue 1, les astronomes peuvent désormais disposer d'un objet à proximité qui leur permet d'observer certains des processus en cours dans Little Red Dots.
Quelle que soit l’évolution de cette petite galaxie, Segue 1 s’avère un défi fascinant aux hypothèses actuelles sur les galaxies naines. Cela montre simplement que de grandes surprises peuvent arriver dans de petits paquets.
