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 mouvements du gaz, suivis par la lumière des molécules de cyanure d'hydrogène, ont été mesurés avec le télescope ALMA. Crédit : MD Gorski/Aaron Geller/Northwestern University/CIERA
Un processus récemment découvert est similaire à la naissance des étoiles et des planètes.
UN Université du nord-ouest étudier en utilisant ALMA Les données recueillies par l'observatoire révèlent que les vents magnétiques en rotation accélèrent la croissance des trous noirs supermassifs, à l'image des processus de formation d'étoiles. Cette découverte dans la galaxie ESO320-G030 apporte de nouvelles informations sur les mécanismes de croissance des entités cosmiques massives.
En étudiant la galaxie voisine ESO320-G030, une équipe d'astronomes internationaux dirigée par l'Université Northwestern a découvert que des vents magnétiques rotatifs extrêmement puissants aident la galaxie supermassive centrale de la galaxie trou noir grandir.
Ce processus est étonnamment similaire à la naissance de nouvelles étoiles et planètes, qui sont alimentées par des tourbillons de gaz et de poussière. Cette nouvelle découverte fournit un indice jusqu'alors inconnu pour résoudre le mystère de longue date de la croissance des trous noirs supermassifs jusqu'à atteindre un poids équivalent à celui de millions ou de milliards d'étoiles.
« 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 », a déclaré Mark Gorski, de l'université Northwestern, qui a dirigé l'étude. « Nos observations montrent que les trous noirs supermassifs et les étoiles minuscules peuvent croître par des processus similaires, mais à des échelles très différentes. »
L'étude a été publiée ce printemps dans la revue Astronomie et astrophysique.
Expert de l'évolution des galaxies, Gorski est chercheur postdoctoral au Centre de recherche interdisciplinaire et exploratoire en astrophysique (CIERA) de l'université Northwestern. Lorsque ses recherches ont commencé, Gorski était chercheur postdoctoral à Université de technologie Chalmers en Suède.
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
Espionner le voisin de la Voie Lactée
La plupart des galaxies, y compris la nôtre voie Lactéeont un trou noir supermassif en leur centre. La façon dont ces objets incroyablement massifs se développent jusqu'à atteindre des tailles gigantesques reste un mystère non résolu.
À la recherche d'indices, Gorski et ses collaborateurs se sont tournés vers la galaxie relativement proche ESO320-G030, située à seulement 120 millions d'années-lumière de la Terre. ESO320-G030 est une galaxie très active, qui forme des étoiles 10 fois plus vite que la Voie lactée. Les astronomes ont examiné la galaxie à l'aide de télescopes de l'observatoire ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) au Chili.
« Comme cette galaxie est très lumineuse dans l’infrarouge, les télescopes peuvent détecter des détails frappants en son centre », a déclaré Susanne Aalto, co-auteure de l’étude et professeure de radioastronomie à l’université de technologie Chalmers. « 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 croître. En utilisant ALMA, nous avons pu étudier la lumière provenant de derrière d’épaisses couches de poussière et de gaz. »
« Preuve évidente de la présence d'un vent tournant »
Pour examiner le gaz dense qui gravite autour du trou noir central d'ESO320-G030, les scientifiques ont étudié la lumière émise par les molécules de cyanure d'hydrogène. Grâce à la technologie de l'effet Doppler, les chercheurs ont photographié des détails fins et des traces de mouvements dans le gaz, révélant des motifs suggérant la présence d'un vent magnétisé en rotation.
Alors que d'autres vents et jets poussent généralement la matière loin du trou noir supermassif central d'une galaxie, le vent nouvellement découvert ajoute un autre processus, qui alimente plutôt le trou noir et l'aide à grandir.
Les chercheurs comparent la matière qui se déplace autour d’un trou noir à de l’eau qui tourne autour d’un égout. Lorsque la matière s’approche du trou noir, elle s’accumule d’abord dans un disque chaotique en rotation. Là, des champs magnétiques se développent et s’intensifient. Ces champs magnétiques contribuent à soulever la matière de la galaxie, créant ainsi un vortex de vent. Lorsque la matière est emportée par le vent, le disque en rotation ralentit, ce qui transforme le lent filet de matière en un ruisseau, ce qui signifie que la matière s’écoule plus facilement dans le trou noir.
« Nous pouvons observer comment les vents forment une structure en spirale, qui s’échappe du centre de la galaxie », a expliqué Aalto. « 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, y compris 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. »
Orientations futures de la recherche astronomique
Ensuite, les chercheurs prévoient d’étudier les centres d’autres galaxies, à la recherche de flux spiralés cachés.
« Nos observations montrent clairement l’existence d’un vent rotatif qui contribue à réguler la croissance du trou noir central de la galaxie », a déclaré Gorski. « Maintenant que nous savons ce qu’il faut rechercher, l’étape suivante 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 ? Toutes les questions sur ce processus sont loin d’avoir trouvé de réponse. »
L'étude a été soutenue par le Conseil suédois de la recherche (numéro de subvention 621-2011-4143), le Conseil européen de la recherche et le nœud du Centre régional nordique ALMA basé à l'observatoire spatial d'Onsala.
