Une étude intéressante, parue pour l’instant dans arXiv mais également acceptée dans l’Astrophysical Journal, se concentre sur une question qui est en fait rarement posée à propos de l’univers : combien de trous noirs existent en moyenne dans un volume donné de l’espace d’une galaxie ? La question peut sembler plus ou moins triviale, mais en réalité les choses ne sont pas du tout simples, comme l’explique Space.com. Pour calculer ce qui n’est finalement qu’une estimation, les chercheurs ont dû prendre en compte de nombreux facteurs, dont l’évolution même des galaxies au cours des 13 milliards d’années d’histoire de l’univers.
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Taux de formation d’étoiles dans les galaxies
En tant que lieux de naissance des étoiles, il est donc crucial de commencer par les galaxies pour comprendre combien de trous noirs peuvent se trouver dans un volume donné, car les trous noirs se forment, sauf dans la grande majorité des cas, par l’effondrement d’une étoile. Les galaxies peuvent avoir des taux de formation d’étoiles très différents en leur sein : certaines peuvent former des étoiles de manière constante pendant une longue période, d’autres sont plus silencieuses (comme notre galaxie). D’autres encore peuvent subir des événements susceptibles d’accélérer “soudainement” la formation d’étoiles, qui s’essoufflent ensuite et ne se rétablissent jamais.
Métallicité d’une galaxie
Après avoir pris en compte le temps cosmique par rapport à la tendance générale des taux de formation d’étoiles, les chercheurs ont ensuite placé le niveau de métallicité d’une galaxie dans le panier des facteurs importants. Il s’agit d’une valeur qui indique la quantité d’éléments autres que l’hélium et l’hydrogène présents dans une galaxie, éléments que les astronomes appellent “métaux”. Une plus grande présence de métaux peut favoriser le refroidissement du gaz dans les galaxies, ce qui peut conduire à un niveau plus constant de formation de nouvelles étoiles.
L’évolution et la fin des étoiles
Enfin, ils ont examiné l’évolution et la fin des étoiles. À l’aide de simulations informatiques, ils ont constaté que seule une petite fraction des plus grandes étoiles produit effectivement un trou noir à la fin de sa vie. Les chercheurs ont également examiné le taux de fusion des trous noirs, car il semble qu’il ne soit pas si rare que des trous noirs se rencontrent et fusionnent.
L’estimation finale
Toutes ces pièces ont été assemblées pour créer une “fonction de masse”, ce que Space.com appelle un “recensement cosmique” des trous noirs. Les simulations ont montré que pour chaque mégaparsec cube d’espace, il y a, en moyenne, 50 millions de masses solaires de trous noirs.
Si l’on part du principe qu’un trou noir moyen n’a que quelques fois la masse du soleil, il pourrait y avoir des dizaines de millions de trous noirs individuels dans un mégaparsec cube d’espace.
Un mégaparsec cubique est un cube d’espace dont les côtés mesurent plus de 3,2 millions d’années-lumière.
Selon les calculs des chercheurs, la masse totale des trous noirs devrait représenter 1 % de toute la matière visible (hors matière noire) de l’univers.
