Les chercheurs utilisant l'observatoire de rayons X Chandra ont découvert que le trou noir supermassif du quasar H1821+643 a moins d'influence que prévu sur le contrôle des gaz et de la formation d'étoiles environnants. (Concept de l'artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Chandra de la NASA identifie un trou noir sous-performant
Les astronomes ont révélé qu'un brillant supermassif trou noir n'est pas à la hauteur des attentes. Bien qu’il soit responsable de niveaux élevés de rayonnement et de jets puissants, ce trou noir géant n’a pas autant d’influence que nombre de ses homologues d’autres galaxies.
Une nouvelle étude utilisant NASAL'observatoire à rayons X Chandra a examiné le quasar le plus proche de la Terre, situé dans un amas de galaxies. Les quasars sont une classe rare et extrême de trous noirs supermassifs qui attirent furieusement la matière vers l'intérieur, produisant un rayonnement intense et parfois des jets puissants. Connu sous le nom de H1821+643, ce quasar nouvellement étudié se trouve à environ 3,4 milliards d'années-lumière de la Terre et contient un trou noir pesant environ quatre milliards de fois celui du Soleil.
Comportement inhabituel du trou noir
La plupart des trous noirs supermassifs en croissance attirent la matière moins rapidement que ceux des quasars. Les astronomes ont étudié l’impact de ces trous noirs plus courants en observant ceux situés au centre des amas de galaxies. Les explosions régulières de ces trous noirs empêchent les énormes quantités de gaz surchauffé dans lesquelles ils sont intégrés de refroidir, ce qui limite le nombre d'étoiles qui se forment dans leurs galaxies hôtes et la quantité de carburant acheminée vers le trou noir.
On en sait beaucoup moins sur l’influence qu’ont les quasars des amas de galaxies sur leur environnement.
Au centre de ces images se trouve le quasar H1821+643, un trou noir supermassif à croissance rapide qui, selon les astronomes, ne fonctionne pas bien, malgré la production d'un rayonnement intense et d'un jet de particules observé dans les données radio du Very Large Array. Situé au milieu d'un amas de galaxies, H1821+643 est entouré d'énormes quantités de gaz chauds détectés dans les rayons X par Chandra. Les températures et densités élevées des gaz chauds autour du quasar montrent que le trou noir a un impact plus faible sur sa galaxie hôte que bon nombre de ses homologues dans d’autres amas de galaxies. H1821+643 est le quasar le plus proche de la Terre dans un amas de galaxies. Il est situé à 3,4 milliards d’années-lumière de la Terre et l’image fait environ un million d’années-lumière de diamètre à la distance du quasar. Crédit : Radiographie : NASA/CXC/Univ. de Nottingham/H. Russell et coll.; Radio : NSF/NRAO/VLA ; Traitement d'images : NASA/CXC/SAO/N. Wolk
« Nous avons constaté que le quasar de notre étude semble avoir abandonné une grande partie du contrôle imposé par les trous noirs à croissance plus lente », a déclaré Helen Russell de l'étude. Université de Nottingham au Royaume-Uni, qui a dirigé la nouvelle étude. « L'appétit du trou noir n'est pas à la hauteur de son influence. »
Pour parvenir à cette conclusion, l'équipe a utilisé Chandra pour étudier le gaz chaud qui entoure H1821+643 et sa galaxie hôte. Les rayons X brillants du quasar ont cependant rendu difficile l'étude des rayons X plus faibles du gaz chaud. .
« Nous avons dû soigneusement supprimer l'éblouissement des rayons X pour révéler quelle est l'influence du trou noir », a déclaré le co-auteur Paul Nulsen du Center for Astrophysics | Harvard et Smithsonian. « Nous avons alors pu constater qu'il avait en réalité peu d'effet sur son environnement. »
Gaz de refroidissement
En utilisant Chandra, l’équipe a découvert que la densité du gaz près du trou noir au centre de la galaxie est beaucoup plus élevée et les températures du gaz beaucoup plus basses que dans les régions plus éloignées. Les scientifiques s’attendent à ce que les gaz chauds se comportent ainsi lorsqu’il y a peu ou pas d’apport d’énergie (qui proviendrait généralement des explosions d’un trou noir) pour empêcher les gaz chauds de se refroidir et de s’écouler vers le centre de l’amas.
« Le trou noir géant génère beaucoup moins de chaleur que la plupart des autres trous noirs situés au centre des amas de galaxies », a déclaré la co-auteure Lucy Clews de l'Open University au Royaume-Uni. « Cela permet au gaz chaud de se refroidir rapidement et de former de nouvelles étoiles, tout en servant également de source de carburant pour le trou noir. »
Les chercheurs ont déterminé que les gaz chauds – équivalents à environ 3 000 fois la masse du Soleil par an – se refroidissent au point qu’ils ne sont plus visibles aux rayons X. Ce refroidissement rapide peut facilement fournir suffisamment de matière pour les 120 masses solaires de nouvelles étoiles observées chaque année dans la galaxie hôte et les 40 masses solaires consommées par le trou noir chaque année.
L’équipe a également examiné la possibilité que le rayonnement du quasar provoque directement le refroidissement des gaz chauds de l’amas. Cela implique que des photons de lumière du quasar entrent en collision avec des électrons dans le gaz chaud, ce qui fait que les photons deviennent plus énergétiques et que les électrons perdent de l'énergie et se refroidissent. L'étude de l'équipe a montré que ce type de refroidissement se produit probablement dans le cluster contenant H1821+643, mais qu'il est beaucoup trop faible pour expliquer la grande quantité de refroidissement gazeux observée.
Perspectives d'avenir
« Même si ce trou noir ne parvient pas à pomper de la chaleur dans son environnement, la situation actuelle ne durera probablement pas éternellement », a déclaré le co-auteur Thomas Braben de l'Université de Nottingham. « À terme, l’absorption rapide de carburant par le trou noir devrait augmenter la puissance de ses jets et chauffer fortement le gaz. La croissance du trou noir et de sa galaxie devrait alors considérablement ralentir.»
Un article décrivant ces résultats paraît dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society et est également disponible en ligne.
Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle la science depuis Cambridge, dans le Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, dans le Massachusetts.
