Le Monstre de NGC 1277 : un Trou Noir qui Défie les Théories

Trous Noirs

Les Trous Noirs sont des objets massifs dont le champ gravitationnel est si intense, qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper, étoiles, planètes, matière, énergie, et même la lumière. Les trous noirs sont décrits par la théorie de la relativité générale. Lorsque le cœur de l'étoile morte est trop massif pour devenir une étoile à neutrons, il se contracte inexorablement jusqu'à former cet objet astronomique mystérieux : le trou noir.

Les trous noirs stellaires ont une masse de quelques masses solaires à des milliards de masses solaires. Ils naissent à la suite de l’effondrement gravitationnel du résidu des étoiles massives. Un homme prédisait déjà au 18ème siècle, l'existence d'étoiles sombres, le physicien, astronome et géologue britannique, John Michell (1724-1793). Dans ses notes il écrit que lorsqu'une étoile devient trop massive, elle attire la lumière sous l'influence de sa force gravitationnelle. Cependant comme ses calculs donnent une densité de l'étoile correspondant à 18 milliards de tonnes dans un cm3, il conclut que cela ne peut pas exister.

Découverte du trou noir super massif NGC 1277

NGC 1277 est une galaxie lenticulaire située dans l'amas de Persée, à environ 220 millions d'années-lumière de la Terre. Découverte en 1875 par l'astronome irlandais Lawrence Parsons (1840-1908), cette galaxie est devenue un objet d'étude privilégié depuis la révélation en 2012 de son trou noir central exceptionnellement massif. Ce système unique défie les modèles standards de formation galactique et offre aux astrophysiciens une fenêtre unique sur les processus extrêmes gouvernant l'évolution des galaxies.

Caractéristiques exceptionnelles du trou noir NGC 1277

Le trou noir supermassif au cœur de NGC 1277 présente des propriétés remarquables :

• Masse colossale : Estimée à 17 milliards de masses solaires (±3 milliards)
• Ratio inhabituel : Représente ~14% de la masse stellaire de la galaxie (contre ~0.1% typiquement)
• Horizon des événements étendu : Environ 400 fois la distance Terre-Soleil
• Disque d'accrétion : Activité réduite malgré la masse exceptionnelle

Implications astrophysiques

Les implications astrophysiques de la découverte du trou noir supermassif dans NGC 1277 sont profondes et remettent en question plusieurs paradigmes en astrophysique galactique.

1. Remise en question de la relation de coévolution trou noir-galaxie

Dans le modèle standard, les galaxies et leurs trous noirs centraux évoluent ensemble : la masse du trou noir est corrélée à des propriétés globales de la galaxie, comme la dispersion de vitesse stellaire (relation M–σ), la masse du bulbe, ou encore la luminosité sphéroïdale. Mais dans NGC 1277, le trou noir représente ≈ 14 % de la masse stellaire, contre ≈ 0.1 % à 0.5 % habituellement. Ce désaccord majeur suggère que :

• Soit la galaxie a perdu de la masse stellaire depuis sa formation (galaxie "anémiée"),
• Soit le trou noir a crû anormalement vite,
• Soit il existe une classe de galaxies relictes échappant aux relations de coévolution classiques.

2. Existence possible de trous noirs "primordiaux géants"

Certains modèles suggèrent que les trous noirs de galaxies comme NGC 1277 se seraient formés très tôt (z > 2), durant les premières phases de formation galactique, dans des environnements très denses et favorables à une croissance rapide (accrétion quasi-Eddington soutenue, fusions rapides, etc.). NGC 1277 pourrait donc héberger un trou noir fossile de l'époque des quasars, resté relativement inactif depuis.

3. Galaxie fossile : témoin d’un univers jeune

NGC 1277 est une galaxie compacte, lenticulaire, très peu active en formation d’étoiles, présentant une population stellaire vieille (> 10 Gyr) et peu de gaz. Cela en fait une galaxie relicte :

• lle n’a pratiquement pas évolué depuis le z ≈ 2,
• Elle n’a pas fusionné ni accru significativement sa masse depuis l’époque de formation des galaxies massives.

4. Statistiques des trous noirs extrêmes sous-évaluées

Si d'autres galaxies compactes et anciennes comme NGC 1277 abritent elles aussi des trous noirs disproportionnés, alors :

• Les estimations statistiques de la densité de masse en trous noirs dans l’univers local (Ω_BH) sont sous-évaluées.
• Cela affecte les prévisions de détection d’ondes gravitationnelles de sources extragalactiques massives (par LISA, p.ex.).

5. Tests gravitationnels à forte courbure

La masse extrême du trou noir de NGC 1277 (jusqu'à 1,7×10¹⁰ M_☉) en fait un candidat pour tester la relativité générale en régime fort :

• Influence sur la dynamique stellaire proche du centre,
• Profil relativiste des raies d’émission (si présence de disque),
• Précession de Lense-Thirring théorique (non observée ici, mais intéressante dans un cadre général).

Méthodes d'observation

L'étude de ce système repose sur plusieurs techniques complémentaires :