Cette vue d’artiste montre des vents ultra-rapides soufflant du centre de la galaxie Markarian 817. Ces vents, se déplaçant à plusieurs millions de kilomètres par heure, éliminent le gaz interstellaire d’une vaste région de l’espace. Sans ce gaz, la galaxie ne peut pas former de nouvelles étoiles et le trou noir au centre galactique n’a plus grand-chose à manger. Crédit : ESA
Les observations révèlent que les trous noirs peuvent altérer les galaxies en éjectant du gaz, empêchant ainsi la formation d’étoiles, avec des implications significatives pour la compréhension de l’évolution galactique.
Les trous noirs sont comme des tout-petits capricieux. Ils renversent de la nourriture tout le temps, mais le XMM-Newton de l’ESA a détecté un trou noir dans l’acte de « renverser la table » lors d’un repas par ailleurs civilisé.
Cet acte empêche la galaxie entourant le trou noir de former de nouvelles étoiles, nous donnant ainsi un aperçu de la façon dont les trous noirs et les galaxies co-évoluent.
Au cœur de chaque grande galaxie se trouve un trou noir supermassif, dont l’immense gravité attire les gaz de son environnement. À mesure que le gaz s’enroule vers l’intérieur, il se regroupe en un « disque d’accrétion » plat autour du trou noir, où il se réchauffe et s’illumine. Au fil du temps, le gaz le plus proche du trou noir dépasse le point de non-retour et est englouti.
Cependant, les trous noirs ne consomment qu’une fraction du gaz qui circule vers eux. En encerclant un trou noir, de la matière est rejetée dans l’espace, un peu comme un tout-petit en désordre qui renverse une grande partie de ce qui se trouve dans son assiette.
Dans des épisodes plus dramatiques, un trou noir renversera toute la table du dîner : le gaz présent dans le disque d’accrétion est projeté dans toutes les directions à des vitesses si élevées qu’il élimine le gaz interstellaire environnant. Non seulement cela prive le trou noir de nourriture, mais cela signifie également qu’aucune nouvelle étoile ne peut se former sur une vaste région, modifiant ainsi la structure de la galaxie.
Des anneaux d’étoiles bleues brillantes entourent le noyau brillant et actif de cette galaxie spirale. Appelé Markarian 817, il se trouve à 430 millions d’années-lumière dans la constellation nord du Draco. À l’écart du centre, la galaxie présente d’intenses régions de formation d’étoiles et des bandes sombres de poussière interstellaire le long de ses bras spiraux. Le trou noir monstrueux au centre de cette galaxie est quarante millions de fois plus massif que le Soleil. Il est entouré d’un énorme disque de matière entourant le trou noir supermassif, qui projette de la matière dans l’espace à des millions de kilomètres par heure. Cela se voit dans la lumière blanche brillante provenant du centre galactique.
Cette image du télescope spatial NASA/ESA Hubble a été prise avec la Wide Field Camera 3 le 2 août 2009. Crédit : NASA, ESA et l’équipe Hubble SM4 ERO
Des observations sans précédent
Jusqu’à présent, ce « vent de trou noir » ultra-rapide n’avait été détecté que provenant de disques d’accrétion extrêmement brillants, qui sont à la limite de la quantité de matière qu’ils peuvent absorber. Cette fois, XMM-Newton a détecté un vent ultra-rapide dans un galaxie nettement moyenne dont on pourrait dire qu’elle « ne faisait que grignoter ».
« On pourrait s’attendre à des vents très rapides si un ventilateur était allumé à son réglage le plus élevé. Dans la galaxie que nous avons étudiée, appelée Markarian 817, le ventilateur était allumé à une puissance inférieure, mais des vents incroyablement énergiques étaient toujours générés », note la chercheuse de premier cycle Miranda Zak (Université du Michigan), qui a joué un rôle central dans cette étude. recherche.
« Il est très rare d’observer des vents ultra-rapides, et encore moins courant de détecter des vents suffisamment énergétiques pour modifier le caractère de leur galaxie hôte. Le fait que Markarian 817 ait produit ces vents pendant environ un an, sans être dans un état particulièrement actif, suggère que les trous noirs pourraient remodeler leurs galaxies hôtes bien plus qu’on ne le pensait auparavant », ajoute le co-auteur Elias Kammoun, astronome à l’Institut de recherche de Rome. Université Tre, Italie.
Un rendu artistique du télescope spatial XMM-Newton (mission multi-miroirs à rayons X). Crédit : D. Ducros ; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO
Rayons X bloqués par le vent
Les centres galactiques actifs émettent une lumière à haute énergie, notamment des rayons X. Markarian 817 s’est démarqué par les chercheurs car il était terriblement silencieux. Observer la galaxie à l’aide NASAÀ l’observatoire Swift, Miranda raconte : « Le signal des rayons X était si faible que j’étais convaincu que j’avais fait quelque chose de mal ! »
Des observations ultérieures effectuées à l’aide du télescope à rayons X XMM-Newton, plus sensible de l’ESA, ont révélé ce qui se passait réellement : des vents ultra-rapides provenant du disque d’accrétion agissaient comme un linceul, bloquant les rayons X émis depuis les environs immédiats du disque d’accrétion. trou noir (appelé couronne). Ces mesures ont été étayées par des observations réalisées avec le télescope NuSTAR de la NASA.
Une analyse détaillée des mesures aux rayons X a montré que, loin d’émettre une seule « bouffée » de gaz, le centre de Markarian 817 a produit une tempête en rafales sur une large zone du disque d’accrétion. Le vent a duré plusieurs centaines de jours et était constitué d’au moins trois composantes distinctes, chacune se déplaçant à plusieurs pour cent de la vitesse de la lumière.
Cette vue d’artiste montre des vents ultra-rapides soufflant du centre de la galaxie Markarian 817. Ces vents, se déplaçant à plusieurs millions de kilomètres par heure, éliminent le gaz interstellaire d’une vaste région de l’espace. Sans ce gaz, la galaxie ne peut pas former de nouvelles étoiles et le trou noir au centre galactique n’a plus grand-chose à manger.
L’encart montre ce qui se passe au cœur de la galaxie. Un trou noir supermassif aspire le gaz de son environnement, qui forme un « disque d’accrétion » chaud et brillamment éclairé (orange). La cause des vents (blancs) réside dans les champs magnétiques à l’intérieur du disque, qui projettent des particules dans toutes les directions à des vitesses incroyablement élevées. Ces vents bloquent efficacement les rayons X (bleus) émis par le plasma extrêmement chaud entourant le trou noir, appelé couronne.
Crédit : ESA
Cela résout une énigme ouverte dans notre compréhension de la façon dont les trous noirs et les galaxies qui les entourent s’influencent mutuellement. Il existe de nombreuses galaxies, dont la voie Lactée – qui semblent avoir de vastes régions autour de leur centre dans lesquelles très peu de nouvelles étoiles se forment. Cela pourrait s’expliquer par les vents des trous noirs qui éliminent le gaz formant les étoiles, mais cela ne fonctionne que si les vents sont suffisamment rapides, soutenus suffisamment longtemps et sont générés par des trous noirs avec des niveaux d’activité typiques.
« De nombreux problèmes en suspens dans l’étude des trous noirs consistent à réaliser des détections grâce à de longues observations qui s’étendent sur plusieurs heures pour capturer des événements importants. Cela souligne l’importance primordiale de la mission XMM-Newton pour l’avenir. Aucune autre mission ne peut offrir à la fois sa haute sensibilité et sa capacité à effectuer des observations longues et ininterrompues », déclare Norbert Schartel, scientifique du projet XMM-Newton de l’ESA.
L’étude utilise principalement les données recueillies par la caméra européenne d’imagerie photonique (EPIC) de XMM-Newton. Ces données sont étayées par celles des autres instruments de XMM-Newton, ainsi que par les mesures des sondes Swift et NuSTAR missions.
