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Découverte d’un trou noir supermassif qui peut alimenter une énorme «fontaine galactique»

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Une fontaine dans un étang de jardin pourrait projeter un panache d’eau d’environ trois mètres de hauteur. A titre de comparaison, la célèbre fontaine sur le lac Léman lance un panache d’eau à une altitude de 140 m. Imaginez maintenant une fontaine lancée au centre d’une galaxie, avec un trou noir supermassif servant de pompe. Jusqu’où pensez-vous que ce panache s’étendrait? La réponse est plus de 100 000 années-lumière.

Nous savons cela car nous venons de repérer une telle fontaine – crachant du gaz incroyablement froid plutôt que de l’eau – dans une galaxie géante au centre d’un amas de galaxies appelé Abell 2597. Les astronomes ont longtemps cru que de telles fontaines devaient exister dans certaines galaxies – carburant continuellement en circulation pouvant former des étoiles. Nos découvertes, publiées dans The Astrophysical Journal , prouvent enfin qu’elles existent dans la nature.

Nous avons pu voir ce spectacle dans toute sa splendeur en combinant les observations de deux des télescopes les plus puissants du monde, le Atacama Large Millimeter Array ( ALMA ) et le Multi Unit Spectroscopic Explorer ( MUSE ). MUSE a montré que le gaz était pompé et atteignait le sommet du panache, tandis qu’ALMA a révélé comment il a ensuite plu dans le trou noir supermassif (un trou noir extrêmement grand), ce qui a relancé le processus. Le pouvoir de l’événement est phénoménal. La fontaine soulève en fait plus de 3 milliards de masses solaires de gaz froid.

Maintenance galaxie

Notre équipe internationale d’astronomes a choisi de regarder cette galaxie particulière, située à un milliard d’années-lumière de nous, en raison de sa position au centre d’un amas de galaxies. Ces grappes sont remplies de gaz extrêmement chauds à plus de 10 m, connu sous le nom de milieu intracluster . Nous savons que ce gaz chaud peut refroidir très rapidement – et quand il le fait, il produit des quantités énormes de combustible formant des étoiles pour les galaxies situées au centre de la grappe, comme celle-ci.

Si rien n’est fait, cela peut entraîner une énorme explosion d’étoiles dans la galaxie centrale, produisant jusqu’à 1 000 nouvelles étoiles de la taille de notre soleil chaque année . Mais les astronomes ne mesurent généralement que moins de 1% des taux de formation d’étoiles dans ces galaxies . Notre découverte montre enfin pourquoi: c’est l’effet de la fontaine faisant cycler continuellement l’étoile en train de former du carburant. Cela stoppe les étoiles formant des gaz et empêche la galaxie de grandir trop vite.

Le processus, appelé rétroaction mécanique, a lieu lorsque le trou noir lance des «jets» , deux flux de plasma (matière composée de particules chargées électriquement sans aucune charge globale), se déplaçant dans des directions opposées à des vitesses très proches de la vitesse de la lumière. . Les jets, que les astronomes connaissent depuis longtemps, gonflent d’énormes bulles dans le gaz chaud environnant. Lorsque ces bulles se lèvent, elles extraient le gaz plus froid de la galaxie, produisant ainsi le panache de la fontaine. Mais le gaz ne se déplace pas assez rapidement pour échapper à la pesanteur de la galaxie et finit par pleuvoir dessus.

Ce qui manquait cependant dans cette image, c’était la connaissance de la façon dont les jets du trou noir étaient alimentés. Une partie du gaz devait tomber dans le trou noir, dégager de grandes quantités d’énergie et provoquer des explosions. Avec ALMA, nous avons pu compléter le tableau en montrant que des nuages ​​de gaz à moins de 300 années-lumière du trou noir tombaient vers lui en raison de son immense gravité. Avec les données MUSE, notre étude est la première preuve convaincante de l’entrée et de la sortie simultanées de gaz autour d’un trou noir supermassif – représentant le cycle complet de la fontaine.

Plus de fontaines?

Bien que nous n’ayons repéré qu’une fontaine, le processus est susceptible d’être en jeu dans d’autres galaxies similaires situées au centre des grappes. Nous savons que ces galaxies ont peu changé au cours des derniers milliards d’années, malgré l’abondance de carburant susceptible de former des étoiles. En faisant continuellement du carburant pour former l’étoile, les fontaines galaxies aident à les maintenir aussi stables.

Le processus peut en fait affecter toutes les galaxies à un moment donné de leur vie. C’est parce que toutes les galaxies ont un gaz de refroidissement pour alimenter de telles fontaines. Cependant, les galaxies situées loin du centre d’une grappe ont probablement moins de gaz de refroidissement à leur disposition et leurs fontaines seront donc plus petites et de courte durée.

Néanmoins, étant donné qu’il pourrait y avoir plus de 200 milliards de galaxies dans l’univers, il y a probablement beaucoup de fontaines de galaxies là-bas.

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