Les scientifiques ont créé cet instantané de NGC 4945 à l’aide des données de l’instrument EPIC (European Photon Imaging Camera) de XMM-Newton. Ils ont attribué le rouge, le vert et le bleu à différentes plages d’énergie des rayons X pour créer ce composite. Le noyau actif de la galaxie est le point central brillant. Crédit : Weaver et coll. 2024, ESA/XMM-Newton
NASA des scientifiques ont découvert une activité significative des rayons X dans la galaxie NGC 4945, révélant l’impact des trous noirs supermassifs sur les processus d’évolution des galaxies et de formation d’étoiles.
Des chercheurs du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, ont découvert une activité des rayons X qui éclaire l’évolution des galaxies.
Les rayons X dessinent des nuages géants de gaz froid dans la galaxie spirale voisine NGC 4945. Le gaz semble avoir traversé la galaxie après l’éruption de son trou noir supermassif central il y a environ 5 millions d’années.
« Il y a un débat en cours dans la communauté scientifique sur la manière dont les galaxies évoluent », a déclaré Kimberly Weaver, astrophysicienne à Goddard qui a dirigé les travaux. « Nous trouvons des trous noirs supermassifs au centre de presque tous les voie Lactéegalaxies de taille moyenne, et une question ouverte est de savoir quelle influence elles ont par rapport aux effets de la formation d’étoiles. L’étude des galaxies proches comme NGC 4945, que nous pensons observer dans une période de transition, nous aide à construire de meilleurs modèles de la façon dont les étoiles et les trous noirs produisent des changements galactiques.
Il y a environ 5 millions d’années, un trou noir L’éruption dans la galaxie NGC 4945 a déclenché une frénésie de formation d’étoiles et projeté un vaste nuage de gaz dans l’espace intergalactique. Regardez et découvrez comment deux télescopes à rayons X ont révélé cette histoire. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Weaver a présenté les résultats au nom de son équipe lors de la 243e réunion de l’American Astronomical Society à la Nouvelle-Orléans le 11 janvier. Un article sur cette découverte est actuellement en cours de révision par Le Journal d’astrophysique. Les travaux ont été rendus possibles grâce aux données collectées par le satellite XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission) de l’ESA (Agence spatiale européenne) avec l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA.
NGC 4945 est une galaxie active située à environ 13 millions d’années-lumière dans la constellation méridionale du Centaure.
Les sites de formation d’étoiles actives apparaissent en rose vif sur cette image en lumière visible capturée par le télescope de 2,2 mètres de l’Observatoire européen austral au Chili. Le noyau actif de la galaxie est en grande partie masqué par un nuage de poussière. Crédit : ESO
Une galaxie active possède un centre inhabituellement brillant et variable, alimenté par un trou noir supermassif qui chauffe un disque environnant de gaz et de poussière grâce aux forces gravitationnelles et de friction. Le trou noir consomme lentement la matière qui l’entoure, ce qui crée des fluctuations aléatoires dans la lumière émise par le disque. Comme pour la plupart des galaxies actives, le trou noir et le disque de NGC 4945 sont enveloppés par un dense nuage de poussière appelé tore, qui bloque une partie de cette lumière.
Les noyaux des galaxies actives peuvent également propulser des jets de particules à grande vitesse et générer des vents forts contenant du gaz et de la poussière.
NGC 4945 est également une galaxie à explosion, ce qui signifie qu’elle forme des étoiles à un rythme beaucoup plus élevé que le nôtre. Les scientifiques estiment qu’elle produit chaque année la masse équivalente à 18 étoiles comme notre Soleil, soit près de trois fois la vitesse de la Voie lactée. Presque toute la formation d’étoiles est concentrée au centre de la galaxie. Une explosion d’étoiles dure entre 10 et 100 millions d’années et ne se termine que lorsque la matière première nécessaire à la fabrication de nouvelles étoiles est épuisée.
Cette animation alterne entre deux vues de la galaxie spirale NGC 4945. La première est une image en lumière visible prise par le moniteur optique de XMM-Newton, teintée en bleu. Overlain est une carte de contour de la raie K-alpha du fer observée par l’instrument EPIC du télescope. La deuxième vue montre une vue remplie des contours où les couleurs plus vives indiquent de plus grandes concentrations de rayons X. Weaver et coll. 2024, ESA/XMM-Newton
Weaver, scientifique du projet XMM-Newton à la NASA, et son équipe ont observé NGC 4945 avec le satellite. Dans leurs données, ils ont vu ce que les scientifiques appellent la raie K-alpha du fer. Cette caractéristique se produit lorsque des rayons X très énergétiques provenant du disque du trou noir rencontrent du gaz froid ailleurs. (Le gaz mesure environ moins 400 degrés Fahrenheit ou moins 200 Celsius.) La ligne de fer est courante dans les galaxies actives, mais jusqu’à ces observations, les scientifiques pensaient auparavant qu’elle se produisait à des échelles beaucoup plus proches du trou noir.
« Chandra a cartographié le fer K-alpha dans d’autres galaxies. Dans celui-ci, cela nous a aidé à étudier des sources individuelles de rayons X brillants dans le nuage pour nous aider à exclure d’autres origines potentielles en plus du trou noir », a déclaré Jenna Cann, co-auteur et chercheuse postdoctorale à Goddard. « Mais la ligne de NGC 4945 s’étend si loin de son centre que nous avions besoin du large champ de vision de XMM-Newton pour la voir en entier. »
Regardez comment les scientifiques ont filtré les sources possibles d’un signal de rayons X appelé raie K-alpha du fer dans cette animation. La première image montre les contours de la ligne de fer observée dans la galaxie NGC 4945 avec XMM-Newton. Dans la deuxième image, l’équipe de recherche a utilisé les données de Chandra pour filtrer des sources telles que les étoiles binaires. Dans l’image finale, ils ont supprimé les rayons X du noyau actif de la galaxie. La ligne de fer libère encore une énorme quantité de gaz froid dans la galaxie. Crédit : Weaver et coll. 2024, ESA/XMM-Newton
Parce que NGC 4945 est presque incliné par la tranche de notre point de vue, XMM-Newton a pu cartographier l’étendue de sa ligne de fer le long et au-dessus du plan de la galaxie, la traçant jusqu’à 32 000 et 16 000 années-lumière, respectivement – un ordre de grandeur plus loin que les lignes de fer observées précédemment.
L’équipe scientifique pense que le gaz froid mis en évidence par la ligne est une relique d’un jet de particules jaillissant du trou noir central de la galaxie il y a environ 5 millions d’années. Le jet était probablement orienté vers la galaxie plutôt que pointé vers l’espace, entraînant un vent surpuissant qui continue de pousser du gaz froid à travers la galaxie. Cela a peut-être même déclenché l’événement starburst actuel.
Les scientifiques pensent que le trou noir supermassif de la galaxie NGC 4945 a lancé un jet de particules à grande vitesse il y a environ 5 millions d’années dans le plan de la galaxie. Le concept de cet artiste montre la direction proposée du jet et l’angle sous lequel nous observons maintenant la galaxie. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Weaver et ses collègues continueront d’observer NGC 4945 pour voir s’ils peuvent découvrir d’autres façons dont le trou noir affecte l’évolution de la galaxie. Les mêmes rayons X du disque qui mettent actuellement en évidence le gaz froid pourraient également commencer à le dissiper. Étant donné que les étoiles auraient besoin de ce gaz pour se former, les scientifiques pourraient être en mesure de mesurer comment l’activité autour du trou noir d’une galaxie peut éteindre sa phase d’explosion stellaire.
deux vues de la galaxie spirale NGC 4945. La première est une image en lumière visible prise par le moniteur optique de XMM-Newton, teintée en bleu. Overlain est une carte de contour de la raie K-alpha du fer observée par l’instrument EPIC du télescope. La deuxième vue montre une vue remplie des contours où les couleurs plus vives indiquent de plus grandes concentrations de rayons X. Crédit : Weaver et coll. 2024, ESA/XMM-Newton
« Il existe un certain nombre de preuves qui indiquent que les trous noirs jouent un rôle important dans certaines galaxies dans la détermination de leur histoire de formation d’étoiles et de leur destin », a déclaré le co-auteur Edmund Hodges-Kluck, astrophysicien à Goddard. « Nous étudions beaucoup de galaxies, comme NGC 4945, car même si la physique est à peu près la même d’un trou noir à l’autre, l’impact qu’elles ont sur leurs galaxies varie considérablement. XMM-Newton nous a aidés à découvrir un fossile galactique que nous ne savions pas chercher – mais ce n’est probablement que le premier d’une longue série.
L’observatoire XMM-Newton de l’ESA a été lancé en décembre 1999 depuis Kourou, en Guyane française. La NASA a financé des éléments du package d’instruments XMM-Newton et fournit le centre d’observation invité de la NASA à Goddard, qui prend en charge l’utilisation de l’observatoire par les astronomes américains.
