Un vent en spirale aide le trou noir supermassif de la galaxie ESO320-G030 à grossir, aidé par des champs magnétiques. Dans cette illustration, le cœur de la galaxie est dominé par un vent rotatif de gaz dense qui part du trou noir supermassif (caché) situé au centre même de la galaxie. Les lignes colorées avec des flèches montrent les mouvements du gaz suivis par la lumière des molécules de cyanure d'hydrogène et observés avec le télescope ALMA (le bleu indique le mouvement vers nous et le rouge dans le sens inverse). Crédit : MD Gorski/Aaron Geller/Northwestern University/CIERA
Les scientifiques ont identifié un vent magnétisé dans une galaxie proche qui favorise la croissance de sa galaxie supermassive centrale trou noirindiquant un mécanisme de croissance commun avec la formation d'étoiles.
Les trous noirs supermassifs posent des questions sans réponse aux astronomes du monde entier, notamment « Comment deviennent-ils si gros ? » Aujourd'hui, une équipe internationale d'astronomes, composée de chercheurs de Université de technologie Chalmers Une équipe de chercheurs suédois a découvert un puissant vent magnétique rotatif qui, selon eux, favorise la croissance du trou noir supermassif central d'une galaxie. Le vent tourbillonnant, révélé grâce à l'aide de la ALMA Les observations effectuées par un télescope dans la galaxie voisine ESO320-G030 suggèrent que des processus similaires sont impliqués à la fois dans la croissance des trous noirs et dans la naissance des étoiles.
Comprendre la croissance des trous noirs supermassifs
La plupart des galaxies, y compris la nôtre voie Lactée ont un trou noir supermassif en leur centre. Comment ces objets incroyablement massifs peuvent-ils devenir aussi lourds que des millions ou des milliards d'étoiles ? C'est une question que se posent depuis longtemps les astronomes.
Mark Gorski, Département de l'espace, de la Terre et de l'environnement, Chalmers University of Technology, Suède ; et Northwestern University, États-Unis. Crédit : Chalmers University of Technology | Christian Löwhagen
À la recherche d'indices pour résoudre ce mystère, une équipe de scientifiques dirigée par Mark Gorski (Université du nord-ouest et Chalmers) et Susanne Aalto (Chalmers) ont choisi d'étudier la galaxie relativement proche ESO320-G030, distante de seulement 120 millions d'années-lumière. C'est une galaxie très active, qui forme des étoiles dix fois plus vite que dans notre propre galaxie.
Le rôle d'ALMA dans la résolution des mystères galactiques
« Comme cette galaxie est très lumineuse dans l’infrarouge, les télescopes peuvent détecter des détails frappants dans son centre. Nous voulions mesurer la lumière des molécules transportées par les vents provenant du noyau de la galaxie, dans l’espoir de retracer la manière dont les vents sont lancés par un trou noir supermassif en croissance, ou sur le point de le devenir. En utilisant ALMA, nous avons pu étudier la lumière provenant de derrière d’épaisses couches de poussière et de gaz », explique Susanne Aalto, professeure de radioastronomie à l’université de technologie Chalmers.
Pour se concentrer sur le gaz dense au plus près du trou noir central, les scientifiques ont étudié la lumière émise par les molécules de cyanure d'hydrogène (HCN). Grâce à la capacité d'ALMA à imager les détails fins et à suivre les mouvements du gaz – grâce à l'effet Doppler – ils ont découvert des motifs suggérant la présence d'un vent magnétisé en rotation.
Dynamique du centre galactique
Alors que d'autres vents et jets au centre des galaxies poussent la matière loin du trou noir supermassif, le vent nouvellement découvert ajoute un autre processus, qui peut à la place alimenter le trou noir et l'aider à grandir.
Susanne Aalto, professeure, département Espace, Terre et Environnement, Université technologique Chalmers, Suède. Crédit : Université technologique Chalmers | Anna-Lena Lundqvist
« Nous pouvons observer comment les vents forment une structure en spirale qui s’échappe du centre de la galaxie. Lorsque nous avons mesuré la rotation, la masse et la vitesse de la matière qui s’écoule vers l’extérieur, nous avons été surpris de constater que nous pouvions exclure de nombreuses explications à la puissance du vent, comme la formation d’étoiles par exemple. En fait, le flux vers l’extérieur pourrait être alimenté par l’afflux de gaz et semble maintenu par des champs magnétiques », explique Susanne Aalto.
Le rôle des champs magnétiques dans les processus galactiques
Les scientifiques pensent que le vent magnétique rotatif aide le trou noir à grandir.
La matière contourne le trou noir avant de pouvoir y tomber, comme l’eau qui s’écoule dans un égout. La matière qui s’approche du trou noir s’accumule dans un disque chaotique en rotation. Là, des champs magnétiques se développent et s’intensifient. Ces champs magnétiques contribuent à soulever la matière hors de la galaxie, créant ainsi un vent en spirale. La perte de matière due à ce vent ralentit également le disque en rotation, ce qui signifie que la matière peut s’écouler plus facilement dans le trou noir, transformant un filet d’eau en ruisseau.
Vents galactiques : une perspective comparative
Pour Mark Gorski, la manière dont cela se produit rappelle de manière frappante un environnement à bien plus petite échelle dans l’espace : les tourbillons de gaz et de poussière qui conduisent à la naissance de nouvelles étoiles et planètes.
« Il est bien établi que les étoiles, dans les premières étapes de leur évolution, grandissent grâce à des vents rotatifs, accélérés par des champs magnétiques, tout comme le vent dans cette galaxie. Nos observations montrent que les trous noirs supermassifs et les étoiles minuscules peuvent croître par des processus similaires, mais à des échelles très différentes », explique Mark Gorski.
Recherches futures et mystères non résolus
Cette découverte pourrait-elle être un indice permettant de résoudre le mystère de la croissance des trous noirs supermassifs ? À l’avenir, Mark Gorski, Susanne Aalto et leurs collègues souhaitent étudier d’autres galaxies susceptibles d’abriter des flux spiralés cachés en leur centre.
« Nous ne savons pas encore toutes les réponses à ce phénomène. Nos observations montrent clairement qu’un vent tournant régule la croissance du trou noir central de la galaxie. Maintenant que nous savons ce qu’il faut rechercher, la prochaine étape consiste à déterminer à quel point ce phénomène est courant. Et si c’est une étape que traversent toutes les galaxies dotées de trous noirs supermassifs, que leur arrive-t-il ensuite ? », s’interroge Mark Gorski.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Les vents magnétiques entraînent la croissance des trous noirs dans une galaxie proche.
En savoir plus sur le télescope ALMA :
- L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation astronomique internationale, est un partenariat entre l'ESO, la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'ESO au nom de ses États membres, par la NSF en coopération avec le Conseil national de recherches du Canada (NRC) et le National Science and Technology Council (NSTC) de Taïwan et par le NINS en coopération avec l'Academia Sinica (AS) de Taïwan et l'Institut coréen d'astronomie et de sciences spatiales (KASI).
- La construction et l'exploitation d'ALMA sont menées par l'ESO au nom de ses États membres ; par l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO), géré par Associated Universities, Inc. (AUI), au nom de l'Amérique du Nord ; et par l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) au nom de l'Asie de l'Est. L'Observatoire conjoint ALMA (JAO) assure la direction et la gestion unifiées de la construction, de la mise en service et de l'exploitation d'ALMA.
- L'Université de technologie Chalmers et l'Observatoire spatial d'Onsala participent à ALMA depuis sa création ; les récepteurs du télescope sont l'une des nombreuses contributions. L'Observatoire spatial d'Onsala héberge le Centre régional nordique d'Alma, qui fournit une expertise technique au projet Alma et aide les astronomes des pays nordiques à utiliser Alma.
Les chercheurs impliqués dans l'étude sont Mark Gorski, Susanne Aalto, Sabine König, Clare F. Wethers, Chentao Yang, Sébastien Muller, Kyoko Onishi, Mamiko Sato, Niklas Falstad, JG Mangum, ST Linden, F. Combes, S. Martín, M. Imanishi, K. Wada, L. Barcos-Muñoz, F. Stanley, S. García-Burillo, PP van der Werf, AS Evans, C. Henkel, S. Viti, N. Harada, T. Díaz-Santos, JS Gallagher et E. González-Alfonso.
Au moment de l'étude, les chercheurs étaient actifs à : l'Université de technologie Chalmers, Suède ; l'Observatoire national de radioastronomie, États-Unis ; l'Université du Massachusetts à Amherst, États-Unis ; l'Université PSL, France ; l'Observatoire européen austral, Chili ; l'Observatoire astronomique national du Japon ; l'Université de Kagoshima, Japon ; l'Université de Virginie, États-Unis ; Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM), France ; Observatorio Astronómico Nacional (OAN-IGN), Espagne ; Université de Leyde, Pays-Bas ; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Allemagne ; Académie chinoise des sciences, RP Chine ; Université du Roi Abdulaziz, Arabie Saoudite; University College London, Royaume-Uni ; Graduate Institute for Advanced Studies, Japon ; Fondation pour la recherche et la technologie-Hellas (FORTH), Grèce ; Université européenne de Chypre, Université du Wisconsin, États-Unis ; Universidad de Alcalá, Espagne ; Northwestern University, États-Unis.
