Une équipe internationale de chercheurs a utilisé des observations en longueur d'onde de noyaux galactiques actifs pour étudier comment les trous noirs lancent des jets relativistes. Les seize sources ont été observées avec le télescope Horizon Event au cours de sa première campagne en 2017. La résolution extrême obtenue par le télescope Horizon Event a permis aux études de jets plus près que jamais des trous noirs centraux supermassives de ces galaxies.
L'équipe a étudié l'accélération et l'aimantation des Jets en comparant les résultats obtenus à différentes fréquences et échelles angulaires. L'œuvre était dirigée par des scientifiques du MPIFR à Bonn, en Allemagne, et de l'IAA-CSIC à Grenade, en Espagne, et est maintenant publié dans Astronomie et astrophysique.
Pour évaluer la précision dans la compréhension de l'évolution des jets dans les centres de galaxies actives avec des trous noirs supermassive, une équipe de recherche internationale dirigée par Jan Röder (MPIFR et IAA-CSIC) a comparé les observations faites avec le télescope Horizon de l'événement avec des études précédentes utilisant la gamme de bases très longue et le tableau de référence Global Millimeter VLBI, qui enlèvent des échelles spatiales beaucoup plus importantes.
De cette comparaison, ils pourraient déduire comment les jets évoluent de leurs origines près du trou noir à de nombreuses années-lumière dans l'espace interstellaire. L'intensité du rayonnement émis d'une région donnée dans le ciel, mesurée sous forme de température de luminosité, augmente généralement à mesure que le plasma de jet émettant se déplace plus loin du trou noir.
« Nos résultats remettent en question les hypothèses de longue date sur la façon dont les Jets se comportent », explique Röder. « En analysant un échantillon de seize noyaux galactiques actifs, nous avons pu réduire l'influence des particularités individuelles et obtenir une image plus large du comportement du jet. »
Dans le modèle le plus courant, les jets sont supposés être coniques, contenant le plasma se déplaçant à vitesse constante, tandis que la résistance au champ magnétique et la densité de la décroissance du plasma de jet avec une distance croissante du moteur central. Sur la base de ces hypothèses, des prédictions peuvent être faites sur les propriétés observables des jets.
« Ce modèle de base ne peut pas être une description parfaite pour tous les jets – probablement, seulement pour une petite fraction. La dynamique et la sous-structure des jets sont complexes, et les résultats d'observation peuvent souffrir considérablement de dégénérescences astrophysiques », poursuit Röder.
« Par exemple, nous savons que de nombreux jets semblent accélérer. Soit le plasma lui-même accélère, soit cela peut être un effet de la géométrie: si le jet se penche, il peut nous pointer plus directement, donnant l'impression d'un mouvement plus rapide. »
« En utilisant un échantillon de seize noyaux galactiques actifs, nous avons pu obtenir une image plus large du comportement des jets, par rapport à la simple recherche de sources individuelles. De cette façon, les résultats sont moins susceptibles de l'influence de leurs propriétés uniques respectives », explique le co-leader du projet Maciek Wielgus de l'IAA-CSIC. « Nous avons remarqué que la luminosité des jets augmente généralement avec la distance croissante du trou noir, suggérant fortement l'accélération. »
Eduardo ROS, également du MPIFR et du planificateur européen du tableau Global Millimètre VLBI, met en évidence l'importance des observations à l'échelle intermédiaire: « Le tableau Global Millimètre VLBI opérant à 3,5 mm de longueur d'onde fournit les informations clés entre les plus hautes résolutions obtenues par le cas élue par le cas de la courrier électronique. Présenté par Rusen Lu et des collaborateurs en avril 2023. «
Les noyaux galactiques actifs, le cœur brillant de certaines galaxies, sont alimentés par des trous noirs supermassifs. De puissants avions de plasma émergent de certains de ces objets, atteignant plusieurs milliers d'années-lumière dans l'espace intergalactique. Pour comprendre la physique compliquée derrière ce phénomène, des observations avec une résolution angulaire extrême sont nécessaires, permettant aux astronomes de regarder dans le royaume près de l'origine du jet.
Le télescope Horizon Event (EHT) est un éventail de radiotélescopes dispersés à travers le monde, travaillant ensemble pour former un télescope virtuel de la taille de la Terre qui fournit la résolution nécessaire pour étudier les trous noirs et leurs jets. L'EHT est exploité par une collaboration internationale de centaines de scientifiques et a livré les tout premières images de trous noirs supermassifs, dans les centres de la Voie lactée (Sagittaire A *) et M87. Parallèlement à ces cibles principales, l'EHT a observé un certain nombre de noyaux galactiques actifs au cours de sa campagne 2017.
Afin d'évaluer à quel point la compréhension de l'évolution des Jets est précise – ou inexacte – ou inexacte, les chercheurs ont comparé les résultats de l'EHT aux observations précédentes des mêmes sources. Ceux-ci avaient été réalisés avec le réseau de base très long et le réseau VLBI millimétrique mondial, en sondant des échelles spatiales beaucoup plus importantes que l'EHT.
De cette comparaison, il a été possible de déduire l'évolution des jets de près de leurs origines, jusqu'à de nombreuses années-lumière dans l'espace interstellaire. La puissance radiative par angle solide reçu d'une source donnée, mesurée par la température de luminosité, augmente progressivement à mesure que le plasma de jet émettrice s'éloigne de plus en plus du trou noir.
Bien qu'il existe des explications alternatives pour ces nouvelles observations, comme un écart par rapport à la géométrie conique, le modèle théorique de base ne peut clairement pas reproduire complètement les propriétés des jets près de leur origine.
« D'autres études sont nécessaires pour bien comprendre le mécanisme d'accélération, l'écoulement de l'énergie, le rôle des champs magnétiques dans les jets de noyaux galactiques actifs et leurs géométries. L'élargissement du réseau EHT jouera un rôle important dans les futures découvertes sur ces objets fascinants », explique Röder.
J. Anton Zensus, directeur de la MPIFR et président fondateur de la collaboration EHT, conclut: «Ces résultats sont basés sur le travail en cours de l'EHT et sont confirmés par les études mondiales de plateaux VLBI millimémètres. Ils démontrent l'importance des partenariats mondiaux, des technologies de pointe et des recherches persistantes pour les progrès scientifiques.
« Avec de nouveaux télescopes et la prochaine génération de réseaux, nous continuerons d'approfondir notre compréhension de ces phénomènes cosmiques fascinants. »
