Des recherches récentes menées par Caltech ont redéfini les objets symétriques compacts (OSC) comme ayant une durée de vie courte, non pas parce qu'ils sont jeunes, mais en raison de leurs jets compacts et de courte durée alimentés par des événements de perturbation des marées, offrant ainsi de nouvelles informations sur leur cycle de vie et leurs interactions avec les objets supermassifs. trous noirs. Crédit : Issues.fr.com
Les observations radio d'objets compacts symétriques (CSO) fournissent de nouveaux indices sur leurs origines.
Une nouvelle enquête sur une classe obscure de galaxies appelées objets symétriques compacts, ou CSO, a révélé que ces objets ne sont pas tout à fait ce qu'ils semblent être. Les CSO sont des galaxies actives qui hébergent des trous noirs supermassifs en leur cœur. De ces monstrueux trous noirs naissent deux jets se déplaçant dans des directions opposées à une vitesse proche de celle de la lumière. Mais comparés à d’autres galaxies dotées de jets féroces, ces jets ne s’étendent pas sur de grandes distances : ils sont beaucoup plus compacts. Pendant de nombreuses décennies, les astronomes ont soupçonné que les CSO étaient simplement jeunes et que leurs jets finiraient par parcourir de plus grandes distances.
Maintenant, rapportant dans trois journaux différents en Le Journal d'astrophysiqueune équipe de chercheurs dirigée par Caltech a conclu que les OSC ne sont pas jeunes mais mènent plutôt une vie relativement courte.
Cette image, capturée par le Very Long Baseline Array (VLBA), montre l'objet symétrique compact (CSO) connu sous le nom de J1734+0926. Les gouttes rouges sont les extrémités d’un puissant jet bipolaire émanant d’un trou noir invisible. Crédit : ML Lister/Université Purdue
Un phénomène galactique distinct
«Ces OSC ne sont pas jeunes», explique Anthony (Tony) Readhead, professeur émérite Robinson d'astronomie, qui a dirigé l'enquête. « On ne qualifierait pas de jeune un chien de 12 ans, même s'il a vécu moins longtemps qu'un humain adulte. Ces objets sont distincts espèces tous les leurs qui vivent et disparaissent en milliers d’années plutôt qu’en millions d’années comme c’est le cas dans les galaxies dotées de plus gros jets.
Dans les nouvelles études, l'équipe a examiné la littérature et les observations passées de plus de 3 000 candidats à la CSO, en vérifiant 64 comme réelles et en identifiant 15 autres CSO. Tous ces objets avaient déjà été observés par le Very Long Baseline Array (VLBA) de l'Observatoire national de radioastronomie, financé par la National Science Foundation (NSF), et certains avaient été observés par d'autres radiotélescopes à haute résolution. « Les observations VLBA sont les plus détaillées en astronomie, fournissant des images avec des détails équivalents à la mesure de la largeur d'un cheveu humain à une distance de 100 miles », explique Readhead.
Cette illustration montre comment les objets symétriques compacts, ou CSO, se forment probablement. Lorsqu’une seule étoile massive s’approche trop près d’un trou noir (à gauche), elle est dévorée. Cela amène le trou noir à émettre un jet bipolaire ultrarapide (au centre). Le jet s'étend vers l'extérieur et ses extrémités chaudes brillent grâce aux émissions radio (à droite). Crédit : B. Saxton/NRAO/AUI/NSF
La vie éphémère des OSC
L'analyse de l'équipe conclut que les OSC expulsent les avions à réaction pendant 5 000 ans ou moins, puis disparaissent. « Les jets CSO sont des jets très énergétiques mais ils semblent s'arrêter », explique Vikram Ravi, professeur adjoint d'astronomie à Caltech et co-auteur de l'une des études. « Les jets cessent de découler de la source. »
Quant à ce qui alimente les jets à courte durée de vie, les scientifiques pensent que la cause est un événement de perturbation des marées (TDE), qui se produit lorsqu'une seule étoile s'approche trop près d'une étoile supermassive. trou noir et est dévoré.
Cette image, prise par le Very Long Baseline Array (VLBA), montre deux trous noirs supermassifs, qui apparaissent sous la forme de blobs avec des bandes rouges. Les trous noirs se trouvent au centre d'une galaxie elliptique. Les couleurs représentent différentes pentes spectrales dans les émissions radio, le rouge montrant les régions les plus denses entourant les trous noirs. Le trou noir sur la droite a probablement récemment dévoré une étoile massive, ce qui lui a valu de projeter deux jets ultrarapides. Les extrémités de ces jets apparaissent sous forme de taches vertes au-dessus et en dessous du trou noir. Cet objet, appelé J0405+3803, est appelé objet symétrique compact (CSO), car ses jets sont relativement proches (ou compacts) par rapport à d'autres trous noirs dotés de jets beaucoup plus gros. Crédit : HL Maness/Grinnell College
Événements de perturbation des marées : alimenter les OSC
« Nous pensons qu'une seule étoile est déchirée, puis toute cette énergie est canalisée dans des jets le long de l'axe autour duquel le trou noir tourne », explique Readhead. « Le trou noir géant commence à être invisible pour nous, et puis quand il consume une étoile, boum ! Le trou noir contient du carburant et nous pouvons le voir.
Des objets cosmiques appelés objets symétriques compacts (CSO) se forment probablement lorsqu'une seule étoile massive s'approche trop près d'un trou noir supermassif et est déchiquetée en morceaux. Le processus, mis en évidence dans cette animation, aboutit à de violents jets bipolaires qui durent jusqu'à 5 000 ans. Crédit : B. Saxton/NRAO/AUI/NSF
Readhead a soupçonné pour la première fois que les OSC pourraient être alimentées par les TDE dans les années 1990, mais il affirme que l’idée est passée largement inaperçue auprès de la communauté scientifique. « L'hypothèse a été pratiquement oubliée car des années se sont écoulées avant que les preuves observationnelles ne commencent à s'accumuler pour les TDE », dit-il. Au moment de son hypothèse initiale, seules trois OSC avaient été trouvées.
Redécouvrir et définir les OSC
Avance rapide jusqu’en 2020. Readhead, qui avait interrompu ses études sur les CSO pour approfondir différents problèmes de radioastronomie, a décidé qu’il était temps de revisiter le sujet. Il a rassemblé certains de ses collègues sur Zoom, et ils ont décidé de parcourir la littérature et d’éliminer les objets qui avaient été classés à tort comme OSC. Au cours des deux années suivantes, l’équipe a enquêté sur plus de 3 000 candidats d’OSC, réduisant le groupe à seulement des dizaines qui répondaient aux critères pour être de véritables OSC.
En fin de compte, une image a commencé à émerger des CSO comme une famille entièrement distincte avec des jets qui disparaissent beaucoup plus tôt que leurs gigantesques frères, comme ceux du extrêmement puissant Cygnus A, une galaxie qui projette des jets extrêmement puissants qui brillent brillamment aux longueurs d'onde radio. . Ces jets s'étendent sur des distances d'environ 230 000 années-lumière dans chaque direction et durent des dizaines de millions d'années. En revanche, les jets CSO s’étendent jusqu’à environ 1 500 années-lumière au maximum et s’éteignent au bout d’environ 5 000 ans.
Tony Readhead. Crédit : Caltech
Une nouvelle voie pour l’étude galactique
Selon les astronomes, les jets CSO se forment probablement lorsqu’un trou noir supermassif grignote non pas n’importe quelle étoile, mais une étoile importante.
« Les TDE que nous avons vus auparavant n'ont duré que quelques années », explique Ravi. « Nous pensons que les remarquables TDE qui alimentent les CSO durent beaucoup plus longtemps parce que les étoiles perturbées sont de très grande taille, très massives, ou les deux. »
En analysant la collection variée d'images radio des CSO, les chercheurs affirment pouvoir retracer l'âge des objets au fil du temps, un peu comme si l'on regardait un album photo de la vie d'un CSO pour observer l'évolution de ses jets. Les CSO les plus jeunes ont des jets plus courts et plus proches des trous noirs, tandis que les objets plus anciens ont des jets qui s'étendent plus loin de leur trou noir. Bien que la plupart des jets disparaissent, les scientifiques estiment qu'un sur 100 aura une durée de vie longue, comme celle de Cygnus A. Dans ces rares cas, les galaxies fusionnent probablement avec d'autres galaxies, un processus turbulent qui fournit un grand quantité de carburant.
Si les découvertes de Readhead et de son équipe sont confirmées par des observations supplémentaires, les CSO ouvriront une toute nouvelle voie pour étudier la manière dont les étoiles massives situées au centre des galaxies interagissent avec les trous noirs supermassifs.
« Ces objets constituent en effet une population distincte avec leur propre origine distincte, et c'est à nous maintenant d'en apprendre davantage sur eux et comment ils sont apparus », explique Readhead. « Le fait de pouvoir étudier ces objets sur des échelles de temps allant de plusieurs années à plusieurs décennies plutôt que de millions d'années a ouvert la porte à un tout nouveau laboratoire pour étudier les trous noirs supermassifs et les nombreuses surprises inattendues et imprévisibles qu'ils réservent. »
Les trois études sont « Objets symétriques compacts – I vers un catalogue complet de bonne foi », « Objets symétriques compacts – II Confirmation d'une population distincte de galaxies actives à jets à haute luminosité » et « Objets symétriques compacts – III Évolution de la haute luminosité. -Branche de luminosité et connexion possible avec les événements de perturbation des marées.
Les études ont été financées par NSF, NASACaltech, l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, en Allemagne, et le Conseil européen de la recherche.
