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Dans le voisinage de trous noirs

Cette vue détaillée montre les régions centrales de la galaxie active proche NGC 1433. L'image du fond, de couleur bleue sombre, a été obtenue par Hubble.  Elle montre l'existence de bandes de poussière au centre de la galaxie. Les structures colorées situées à proximité du centre apparaissent sur les observations d'ALMA qui ont révélé, pour la toute première fois, l'existence d'une forme spirale et d'un écoulement inattendu.
Cette vue détaillée montre les régions centrales de la galaxie active proche NGC 1433. L'image du fond, de couleur bleue sombre, a été obtenue par Hubble. Elle montre l'existence de bandes de poussière au centre de la galaxie. Les structures colorées situées à proximité du centre apparaissent sur les observations d'ALMA qui ont révélé, pour la toute première fois, l'existence d'une forme spirale et d'un écoulement inattendu. Photo: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes
Radio-Canada

Les jets en provenance d'énormes trous noirs situés au centre de galaxies ont été observés dans un détail inégalé à ce jour par deux équipes internationales d'astronomes qui ont utilisé le Vaste Réseau d'antennes (sub-) millimétrique de l'Atacama (ALMA) situé au Chili.

Les scientifiques ont ainsi pu étudier leur impact sur leurs environnements respectifs.

Une première équipe a réalisé la meilleure image à ce jour du gaz moléculaire qui entoure un trou noir relativement calme et peu distant

La seconde a capturé une image de la base d'un puissant jet situé à proximité d'un trou noir distant.

Contexte

  • La vaste majorité des galaxies de l'Univers, dont notre Voie lactée, abritent en leur centre des trous noirs supermassifs. Leurs masses peuvent atteindre plusieurs milliards de masses solaires.
  • Les astrophysiciens savent que, dans un passé lointain, ces objets mystérieux étaient très actifs. Ils avalaient d'énormes quantités de matière environnante, brillaient avec éclat, et expulsaient de minuscules portions de matière dans des jets extrêmement puissants.
  • Dans l'Univers tel que nous le connaissons aujourd'hui, la grande majorité des trous noirs supermassifs ne sont plus aussi vigoureux que dans leur jeunesse. Toutefois, l'interaction entre les jets et l'environnement extérieur continue de façonner l'évolution des galaxies.

Explications

Les antennes radiotélescopiques du projet ALMA, dans le nord du Chili.Les antennes radiotélescopiques du projet ALMA, dans le nord du Chili. Photo : AFP / MARTIN BERNETTI

Les deux recherches ont utilisé ALMA pour sonder les jets issus de trous noirs situés à des distances différentes :

  • l'un de ces trous noirs est relativement calme et occupe la proche galaxie NGC 1433
  • l'autre trou noir, très distant et actif, est répertorié sous l'appellation PKS 1830-211

ALMA révèle ainsi l'existence d'une structure en spirale au sein du nuage moléculaire situé à proximité du centre de NGC 1433.

Le long de cette structure s'écoule la matière qui alimente le trou noir. Les observations très fines effectuées par ALMA nous ont permis de découvrir un jet de matière s'échappant du trou noir, sur une distance inférieure à 150 années-lumière. Il s'agit là du plus petit écoulement moléculaire jamais observé dans une galaxie extérieure à la nôtre.

Françoise Combes, astronome à l'Observatoire de Paris

Les chercheurs expliquent que la découverte de cet écoulement, qui est entraîné par le jet issu du trou noir central, montre comment de tels jets peuvent mettre un terme à la formation stellaire et réguler la croissance des bulbes centraux des galaxies.

Dans le cas de PKS 1830-211, l'astrophysicien Ivan Martí-Vidal de l'Observatoire spatial Onsala en Suède et ses collègues ont également observé un trou noir supermassif doté d'un jet, mais qui possède une brillance bien plus élevée et une activité bien supérieure dans l'Univers jeune.

Sa luminosité intense se trouve encore amplifiée par la présence d'une galaxie sur la ligne de visée, et son image est scindée en deux parties par un effet de lentille gravitationnelle, ce qui le rend exceptionnel, affirment les chercheurs.

Il arrive que les trous noirs supermassifs absorbent soudainement une énorme quantité de matière. Cela accroît beaucoup la puissance du jet et décale leur rayonnement vers le domaine des très hautes énergies. C'est précisément ce phénomène qu'ALMA a capté alors qu'il se produisait au sein de PKS 1830-211.

L'observation, par ALMA, de ce trou noir en pleine phase d'indigestion, a été purement fortuite. Nous étions en train d'observer PKS 1830-211 pour de tout autres raisons scientifiques lorsque nous avons noté de subtiles variations de couleur et d'intensité dans les images générées par la lentille gravitationnelle.

Sébastien Muller, coauteur du second article

C'est à la suite d'une analyse minutieuse de ce comportement inattendu que les chercheurs en sont venus à penser qu'ils avaient assisté à cette phase durant laquelle de la matière fraîche pénétrait à l'intérieur du trou noir à la base du jet.

Ces observations constituent, selon ces chercheurs, les prémices des recherches d'ALMA concernant la nature des jets issus de trous noirs supermassifs, tant proches que lointains.

Ils observent déjà d'autres galaxies actives proches à l'aide d'ALMA, et PKS 1830-211 fera vraisemblablement l'objet de recherches plus approfondies

Le détail de ces travaux est publié dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Science