Séminaire Y’a t’il un Trou Noir dans chaque galaxie? Presentateur: Yacouba DJABO

Plan de l’exposé: 1.Comment on en est arrivé là? 2.Trou Noir dans notre galaxie 3.Les rélations entre Trous Noirs et les propriétés des galaxies hôtes 4.Conclusion

1.Comment on en est arrivé là? L’idée d’introduire les Trous Noirs dans l’étude des galaxies est apparue dans les années 1960: Des galaxies avec des luminosités jamais observées (quasars) intriquaient les astronomes; cependant un modèle avec un Trou Noir supermassif au centre permet d’expliquer ces fortes luminosités. Dans les années 1990 les études vont par la suite confirmer cette hypothèse. Quasar 3C 273 premier quasar découvert par M.Schimidt.

John Kormendy Reinhard Genzel Ghez,Dicarie,L.Ferrase,etc

De nos jours il en reste peu d’actives,ils se sont eteints. La majorité des quasars ont un redshift entre 2 et 3 au moment où l’univers avait moins de 3 Gyrs. Evolution du temps cosmique En rouge selon le modèle LambdaCDM et en blue selon le modèle SCDM Le 2ème est abandonné,il estime l’âge de l’univers à 9 Gyrs ce qui est pas vrai de nos jours La majorité des quasars connus ont un redshift entre 2 et 3 ce qui correspond à l’époque où l’univers avait 3 Gyrs d’années. Pendant ce temps la plupart des galaxies avaient des noyaux lumineux et actifs. Depuis nombre de de ces quasars se sont eteints et il en reste peu d’actives qui forment les AGNs Ce qui est reste se sont des Trous Noirs supermassifs ≥106 Masses solaires qui accretent la matière pour produire la radiation. Les Trous Noirs séraient les rémanents de ces quasars.

De nos jours plusieurs observations confirment la presence de Trous Noirs supermassifs ,de masse allant du million au millard de masses solaires dans la plupart des galaxies massives(≥ 1011M) Dans notre propre galaxie le Trou Noir a été mis en evidence.Il a environ 3 à 4x106 M Le Trou Noir est detecté par l’ interaction gravitationnelle qu’il exerce sur son environnement En 2001 Kormendy& Gebhardt ont determiné la masse du Trou Noir de 35 galaxies. Mesurés par la dynamique stellaire en haut,du gaz ionisé au milieu et maser en bas. Les masses trouvées sont dans le même ordre de grandeur que celles predites quand le Quasar s’eteint. Les luminosités observés des quasars confirment aussi les predictions.

2.Trou Noir dans MW Detecté par l’emission radio de Sgr A* : Ces observations ont permis de résoudre les étoiles situées à proximité du centre de la galaxie. Ces étoiles ont des périodes de quelques dizaines d’années autour du centre de la galaxie. Sgr A* est à environ 8 Kpc de nous Le disque de notre galaxie, etendu jusqu’à 25 Kpc, contient la plupart du gaz et la poussière . Cette poussière empêche les observations dans le domaine optique. C’est dans l’IR et les ondes radios qu’on peut resoudre les etoiles autour du centre de la galaxie.

Sgr A representer par la croix verte au centre. Les flêches bleues indiquent dans quel sens vont se deplacer les étoiles dans la figure de droite. Les dispersions de vitesse observées au centre valent plus de 400 km/s Ce qui permet de dériver une masse centrale de plus de 3 Masses solaires

Ghez 2004, Representation des orbites des etoiles autour du centre de la galaxie On a repertorié 17 sources autour du centre galactique 2 sources sont cachées par des sources plus brillantes,identifiées par les croix

Les orbites en train plein sont les etoiles qui contraignent le trou noir central Ils influent sur le mouvement du trou noir

Fig Genzel et al.1997 En bleue ce sont les masses mesurées par les vitesses observées(3ème loi de Kepler,M=a2/p3),il suffit de determiner la periode et l’orbite de l’étoile pour calculer la masse. En vert la masse sous forme d’étoiles et en rouge la masse sous forme d’étoiles plus une masse de 2.9x106 Masses solaires

3.Rélations Trou Noir & galaxie hôte Deux rélations essentielles: La rélation M et Lbulbe La rélation M et σ Fig de Kormendy Bleu selon la dynamique stellaire, Vert selon la dynamique du gaz ionisé et rouge selon la dynamique des disques MASER(Amplification des Microndes par Stimulation de l’émission de la Radiation),gaz froid molécule d’eau Les exceptions à la 1ère relation sont bien representer par la 2ème relation. La deuxième rélation est plus parfaite à son allure.

John Kormendy,1993

K.Gultekin,J .Kormendy en 2009 Une version ameliorés de la rélation M-σ Echantillon de 49 galaxies.

Vitesses de dispersions et de rotations dans Andromède. Au centre le mouvement est dominé par la dispersion

NGC 4258, galaxie Seyfert connue encore sous le nom de M106,membre de la constellation de l’amas des chiens de chasse Située entre 21 et 25 Al du système solaire. La masse du trou noir central vaut 40x106 Masses solaires.

M87,galaxie elliptique dans l’amas de la vierge M87,galaxie elliptique dans l’amas de la vierge.C’est une galaxie active de type C’est l’une des galaxie les plus brillantes de l’amas. On peut voir les jets de gaz du noyau Son disque a un diamètre de 500 Al et dont la vitesse des orbites implique une masse centrale d’environ 3x109 Masses solaires

Ces relations sont seulement applicables aux galaxies qui presentent un bulbe: Elliptiques,S0,pseudo-bulbe. Mais mauvaises pour les galaxies disques purs, elles surestiment M Exple: Pour M33, M≈ 3x107 M en réalité M ≤ 2000 M

J.Kormendy en 2000, En blue on a les galaxies elliptiques,en rouge les galaxies possédant un bulbe ou un pseudo-bulbe et en vert les disque pur Les disques purs ne corrélent pas avec les rélations.

Log(MBH/M)=(0.19±0.06)z+(8.98±0.06) De Decarie et al. 2009,la fig 5 donne la distribution de MBH et L/LEdd en utilisant divers raies d’emission CIV,MgII et Hβ La fig 6 donne l’evolution de MBH en fonction du redshift ,log MBH /M⊙ = (0.19 ± 0.06)z + (8.98 ± 0.06) (5) La ligne solide represente le best fit et la ligne blue pour un modèle de trou noir maximal Il y’a une croissance de la masse MBH à haut redshift cela confirme la théorie. Log(MBH/M)=(0.19±0.06)z+(8.98±0.06)

Fig de Decarli et al. 2009,on a utilisé un echantillon de 96 quasars entre z=0 et z=3. elle represente l’evolution du Trou Noir dans les quasars et leurs galxies hôtes en fonction du redshift. La relation MBH-MR reste inchangé entre z=3 et z=0 tandis que la MBH varie d’un facteur 7 de z=0 à z=3.

La formation du Trou Noir est liée la formation du bulbe: 1.La masse du Trou Noir vaut 0.2% de la masse du bulbe:quelque soit le processus de formation adopté il doit respecter ce ratio. 2.L’accretion du Trou Noir et la formation stellaire sont reliées car provenant du même gaz. D’une part l’accretion du Trou Noir s’arrète quand tout le gaz se transforme en étoiles et d’autre part la formation stellaire s’arrête quand tout le gaz est expulsé par le Trou Noir central(feedback).

4.Conclusion Il existe des Trous Noirs supermassifs(≥106 M) dans les galaxies massives(≥1011M) De façon générale les Trous Noirs sont presents dans les galaxies qui possèdent une composante de bulbe Dans les disques purs les propriétés du Trou Noir sont mal connues L’étude des Trous Noirs permet de comprendre la formation et l’évolution des galaxies.

Trou Noir vu par Jean-Pierre Luminet,astrophysicien,poête et écrivain français specialiste des Trous Noirs et de la cosmologie.

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