Le futur télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, dont le lancement est prévu pour le 30 août 2026, est prêt à sonder la formation et la croissance des trous noirs supermassifs lointains. De nouvelles recherches indiquent sa capacité à détecter des événements de rupture par effet de marée, où ces trous noirs déchiquettent des étoiles, jusqu’à 11 milliards d’années dans le passé cosmique. Cette mission cruciale permettra de caractériser la population de ces objets anciens et leur évolution.
Le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, dont le lancement est programmé pour le 30 août 2026, se prépare à révolutionner l’étude des trous noirs supermassifs (SMBH). L’objectif principal de cette mission est de comprendre comment ces géants cosmiques se forment et croissent au fil du temps. Les scientifiques prévoient que Roman pourra détecter des trous noirs lointains et anciens, existant jusqu’à 11 milliards d’années dans le passé de l’univers.
Détecter les trous noirs supermassifs distants
L’observation des trous noirs s’effectue principalement en détectant la lumière émise par leur disque d’accrétion, la matière qui tourbillonne autour d’eux avant d’être absorbée. Les trous noirs supermassifs moins massifs sont généralement difficiles à observer en raison de leur luminosité plus faible, due à une accrétion moins intense. Cependant, ils produisent occasionnellement des phénomènes lumineux intenses : les événements de rupture par effet de marée (TDE).
Lors d’un TDE, un trou noir déchiquette et consomme une étoile entière. Cet événement provoque une flambée de lumière qui peut surpasser la luminosité de toute sa galaxie hôte. La caractérisation de cette population de trous noirs supermassifs primitifs et l’étude de leur évolution sur des milliards d’années par Roman fourniront des indices cruciaux sur l’origine ultime de ces entités massives.
Roman et la détection des TDE
Mitchell Karmen, auteur principal de la recherche et étudiant diplômé à l’Université Johns Hopkins, souligne l’impact transformateur du télescope. « Le télescope spatial Roman va être transformateur pour la science des transitoires », a-t-il déclaré. « Grâce à la haute sensibilité de Roman, nous pourrons trouver de multiples événements de rupture par effet de marée à de plus grandes distances et à des époques cosmiques plus anciennes que jamais. » Ces recherches ont été publiées dans The Astrophysical Journal.
Le High-Latitude Time-Domain Survey de Roman, l’une des trois enquêtes communautaires principales, est particulièrement adapté à la recherche et à l’étude des TDE dans l’univers jeune. Cette enquête couvrira environ 18 degrés carrés du ciel, une surface équivalente à 90 pleines lunes, avec une cadence régulière. En revisitant les mêmes régions de manière répétée, les astronomes pourront identifier un grand nombre d’événements transitoires comme les TDE.
La mécanique des événements de rupture par effet de marée
Les TDE sont des phénomènes propres aux trous noirs supermassifs de masse inférieure. Les trous noirs plus massifs, pesant plus d’un milliard de masses solaires, ont tendance à avaler les étoiles entrantes d’un seul bloc. En revanche, les trous noirs plus légers, dont la masse varie entre 100 000 et 100 millions de masses solaires, peuvent déchiqueter une étoile avant de la consommer.
Ce processus crée un signal lumineux qui s’intensifie sur quelques semaines avant de s’estomper progressivement. Le taux de TDE fluctue au cours du temps cosmique. Des travaux antérieurs prédisaient une diminution du taux de TDE avec l’augmentation de la distance, la plupart des jeunes trous noirs étant considérés comme trop légers pour générer un tel événement.
Affiner les modèles d’évolution des trous noirs
Cependant, la nouvelle recherche intègre de nombreux facteurs évoluant au fil du temps. Ces facteurs incluent la fréquence des fusions de galaxies (et donc de trous noirs), ainsi que le nombre d’étoiles au sein du cœur de chaque galaxie et leur densité. Mitchell Karmen et ses collègues ont modélisé ces effets, parmi d’autres, pour prédire comment le télescope Roman va contribuer à affiner notre compréhension de la population et de l’évolution des trous noirs supermassifs à travers l’histoire cosmique.
En offrant une vue inédite sur ces phénomènes transitoires lointains, Roman promet d’éclairer les mécanismes fondamentaux qui régissent la croissance des structures les plus massives de l’univers. La mission contribuera ainsi de manière significative à notre compréhension de l’astrophysique des trous noirs et de la formation des galaxies.
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