Conception d’un artiste d’un trou noir supermassif au centre d’une galaxie qui crache des jets (en orange) ainsi que via des sorties ultra-rapides de gaz ionisé (en gris/bleu). Les scientifiques ont publié une nouvelle observation directe des rayons gamma de ces sorties ultra-rapides des trous noirs. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de ESA/AOES Medialab
Les résultats pourraient faire progresser la compréhension du rôle des sorties ultra-rapides dans l’évolution des galaxies.
Lorsque les trous noirs supermassifs ont des crises de colère, les galaxies se redressent et en prennent note.
Un groupe de scientifiques a annoncé avoir détecté les rayons gamma d’un phénomène connu sous le nom d’écoulement ultra-rapide – un vent puissant lancé de très près d’un supermassif trou noir-pour la première fois. Les scientifiques pensent que ces sorties jouent un rôle important dans la régulation de la croissance du trou noir lui-même et de sa galaxie hôte.
Utilisation des données recueillies par le Large Area Telescope à bord Nasa‘s Fermi Le télescope spatial à rayons gamma et une technique d’empilement combinant des signaux trop faibles pour être observés seuls, les chercheurs ont détecté des rayons gamma provenant d’écoulements ultra-rapides dans plusieurs galaxies voisines. L’équipe, comprenant des scientifiques du Université de Chicago, l’Université de Clemson, le College of Charleston et bien d’autres, ont publié les résultats le 10 novembre 2021 dans Le Journal d’Astrophysique.
Les résultats, ont-ils dit, devraient nous aider à comprendre ce qui s’est passé comme notre propre voie Lactée galaxie s’est formée et a grandi.
“Nos observations aux rayons gamma montrent comment les trous noirs supermassifs peuvent transférer une grande quantité d’énergie à leur galaxie hôte”, a déclaré Chris Karwin, chercheur postdoctoral à l’Université de Clemson et responsable de l’étude. “Bien que ces vents soient difficiles à détecter, on pense qu’ils jouent un rôle important dans la croissance d’un trou noir massif et de la galaxie hôte elle-même.”
« Vents de type tsunami »
Chaque galaxie a un trou noir supermassif en son centre. Certains sont en sommeil. D’autres, appelés noyaux galactiques actifs, sont actifs, ce qui signifie qu’ils attirent et « mangent » la matière environnante.
Mais contrairement à l’hypothèse populaire, les trous noirs ne mangent pas littéralement tout ce qui se trouve à proximité. “Les trous noirs sont comme de puissants aspirateurs qui éjectent une partie de la saleté qui s’approche d’eux au lieu d’aspirer tout”, a déclaré Marco Ajello, professeur agrégé à l’Université de Clemson qui co-dirige l’étude. “Ces éjections, qui sont des vents de type tsunami, sont constituées de gaz hautement ionisé.”
Lorsque ce gaz interagit avec la matière qui existe entre les systèmes stellaires, il crée de puissantes ondes de choc. De cette façon, les trous noirs transfèrent une énorme quantité d’énergie à leurs galaxies hôtes, a expliqué Karwin.
“Ces sorties ultra-rapides agissent comme un piston et accélèrent en fait les particules chargées, connues sous le nom de rayons cosmiques, à une vitesse proche de la vitesse de la lumière”, a-t-il déclaré.
Ces rayons cosmiques entrent en collision avec des particules dans la galaxie hôte, produisant finalement les rayons gamma que les scientifiques ont détectés.
« Cette émission de rayons gamma code une tonne d’informations. Cela inclut comment il a évolué, comment il accélère les rayons cosmiques et comment il interagit avec la matière dans la galaxie hôte.
– Rebecca Diesing, étudiante diplômée de UChicago, co-auteur de l’étude
“Cette émission de rayons gamma code une tonne d’informations”, a déclaré Rebecca Diesing, étudiante diplômée à l’Université de Chicago et co-auteur de l’article. “Cela inclut comment il a évolué, comment il accélère les rayons cosmiques et comment il interagit avec la matière dans la galaxie hôte.”
Travailler avec l’assistant. Le professeur Damiano Caprioli du Département d’astronomie et d’astrophysique de UChicago, Diesing a développé des techniques de modélisation informatique de pointe pour calculer comment les particules peuvent être accélérées dans des environnements astrophysiques, en particulier lors des puissantes ondes de choc produites par les vents, et comment de telles les particules énergétiques émettent des rayons gamma. Ensemble, ces informations permettent de comprendre comment évoluent ces sorties ultra-rapides.
Ces sorties affectent les galaxies qui les entourent de multiples façons. Par exemple, les scientifiques pensent que ces sorties ultra-rapides injectent de l’énergie dans la galaxie, qui brise des nuages de gaz qui pourraient autrement se former en étoiles et alimenter le trou noir supermassif. “Cela devient un processus d’autorégulation, qui relie physiquement les trous noirs supermassifs à leurs galaxies hôtes, les obligeant à se développer ensemble”, a déclaré Diesing.
“Le trou noir au centre de la galaxie et la galaxie elle-même ont un mécanisme pour croître ensemble en masse – et c’est le mécanisme”, a déclaré Ajello.
Comprendre la Voie Lactée
Les résultats de l’étude pourraient aider les scientifiques à comprendre ce qui s’est passé dans notre propre galaxie de la Voie lactée.
Le Sagittaire A* est le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée avec environ quatre millions de fois la masse du soleil. S’étendant au-dessus et au-dessous du disque de la Voie lactée se trouvent des « bulles de Fermi », d’énormes structures rondes de gaz chaud émanant du centre galactique. (On les appelle bulles de Fermi parce que le télescope spatial Fermi Gamma-Ray, la source des données de la présente étude, les a découvertes en 2010.)
“Aujourd’hui, notre trou noir, Sagittaire A*, n’est pas actif, mais il est possible qu’il ait été actif dans un passé récent, peut-être jusqu’à il y a quelques centaines d’années”, a déclaré Karwin. “Notre modèle soutient l’hypothèse selon laquelle ces bulles de Fermi pourraient être des vestiges d’une activité passée de type écoulement ultra-rapide du trou noir supermassif au centre de notre galaxie.”
Ajello a déclaré que les travaux futurs incluent l’étude des galaxies qui ont eu des vents de sortie ultra-rapides actifs pendant des dizaines de millions d’années qui ont déjà voyagé à la périphérie de la galaxie.
Référence :: « Rayons gamma provenant des vents rapides des trous noirs ». par M. Ajello, L. Baldini, J. Ballet, G. Barbiellini, D. Bastieri, R. Bellazzini, A. Berretta, E. Bissaldi, RD Blandford, ED Bloom, R. Bonino, P. Bruel, S. Buson , RA Cameron, D. Caprioli, R. Caputo, E. Cavazzuti, G. Chartas, S. Chen, CC Cheung, G. Chiaro, D. Costantin, S. Cutini, F. D’Ammando, P. de la Torre Luque, F. de Palma, A. Desai, R. Diesing, N. Di Lalla, F. Dirirsa, L. Di Venere, A. Domínguez, SJ Fegan, A. Franckowiak, Y. Fukazawa, S. Funk, P. Fusco, F. Gargano, D. Gasparrini, N. Giglietto, F. Giordano, M. Giroletti, D. Green, IA Grenier, S. Guiriec, D. Hartmann, D. Horan, G. Jóhannesson, C. Karwin, M Kerr, M. Kovacevic, M. Kuss, S. Larsson, L. Latronico, M. Lemoine-Goumard, J. Li, I. Liodakis, F. Longo, F. Loparco, MN Lovellette, P. Lubrano, S. Maldera , A. Manfreda, S. Marchesi, L. Marcotulli, G. Martí-Devesa, MN Mazzotta, I. Mereu, PF Michelson, T. Mizuno, ME Monzani, A. Morselli, IV Moskalenko, M. Negro, N. Omodei , M. Orienti, E. Orlando, V. Paliya, D. Paneque, Z. Pei, M. P ersic, M. Pesce-Rollins, TA Porter, G. Principe, JL Racusin, S. Rainò, R. Rando, B. Rani, M. Razzano, A. Reimer, O. Reimer, PM Saz Parkinson, D. Serini, C. Sgrò, EJ Siskind, G. Spandre, P. Spinelli, DJ Suson, D. Tak, DF Torres, E. Troja, K. Wood, G. Zaharijas et J. Zrake, 10 novembre 2021, Le Journal d’Astrophysique.
DOI : 10.3847 / 1538-4357 / ac1bb2
