Un trou noir supermassif caché dans un anneau de poussière cosmique

Les noyaux galactiques actifs (AGN) sont des sources extrêmement énergétiques alimentées par des trous noirs supermassifs et se trouvent au centre de certaines galaxies. Ces trous noirs se nourrissent de grands volumes de poussière et de gaz cosmiques. Avant d’être mangé, ce matériau tourne en spirale vers le trou noir et d’énormes quantités d’énergie sont libérées dans le processus, éclipsant souvent toutes les étoiles de la galaxie.

Les astronomes s’intéressent aux AGN depuis qu’ils ont repéré ces objets brillants pour la première fois dans les années 1950. Aujourd’hui, grâce au VLTI de l’ESO, une équipe de chercheurs, dirigée par Violeta Gámez Rosas de l’Université de Leiden aux Pays-Bas, a franchi une étape clé pour comprendre comment ils fonctionnent et à quoi ils ressemblent de près. Les résultats sont publiés aujourd’hui dans La nature.

En faisant des observations extraordinairement détaillées du centre de la galaxie Messier 77, également connue sous le nom de NGC 1068, Gámez Rosas et son équipe ont détecté un épais anneau de poussière et de gaz cosmiques cachant un trou noir supermassif. Cette découverte fournit des preuves essentielles à l’appui d’une théorie vieille de 30 ans connue sous le nom de modèle unifié des AGN.

Les astronomes savent qu’il existe différents types d’AGN. Par exemple, certains émettent des rafales d’ondes radio tandis que d’autres ne le font pas ; certains AGN brillent fortement en lumière visible, tandis que d’autres, comme Messier 77, sont plus tamisés. Le modèle unifié indique que malgré leurs différences, tous les AGN ont la même structure de base : un trou noir supermassif entouré d’un épais anneau de poussière.

Selon ce modèle, toute différence d’apparence entre les AGN résulte de l’orientation à laquelle nous voyons le trou noir et son anneau épais depuis la Terre. Le type d’AGN que nous voyons dépend de la mesure dans laquelle l’anneau obscurcit le trou noir de notre point de vue, le masquant complètement dans certains cas.

Les astronomes avaient déjà trouvé des preuves à l’appui du modèle unifié, notamment la présence de poussière chaude au centre de Messier 77. Cependant, des doutes subsistaient quant à savoir si cette poussière pouvait complètement cacher un trou noir et donc expliquer pourquoi cet AGN brille moins dans la lumière visible que autres.

“La nature réelle des nuages ​​​​de poussière et leur rôle à la fois dans l’alimentation du trou noir et dans la détermination de son apparence vue de la Terre ont été des questions centrales dans les études AGN au cours des trois dernières décennies”, explique Gámez Rosas. “Bien qu’aucun résultat unique ne réponde à toutes les questions que nous avons, nous avons franchi une étape majeure dans la compréhension du fonctionnement des AGN.”

Les observations ont été rendues possibles grâce à l’expérience MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment) montée sur le VLTI de l’ESO, situé dans le désert d’Atacama au Chili. MATISSE a combiné la lumière infrarouge collectée par les quatre télescopes de 8,2 mètres du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO à l’aide d’une technique appelée interférométrie. L’équipe a utilisé MATISSE pour scanner le centre de Messier 77, situé à 47 millions d’années-lumière dans la constellation Cetus.

“MATISSE peut voir une large gamme de longueurs d’onde infrarouges, ce qui nous permet de voir à travers la poussière et de mesurer avec précision les températures. Comme le VLTI est en fait un très grand interféromètre, nous avons la résolution de voir ce qui se passe même dans des galaxies aussi éloignées que possible. Messier 77. Les images que nous avons obtenues détaillent les changements de température et d’absorption des nuages ​​de poussière autour du trou noir », explique le co-auteur Walter Jaffe, professeur à l’Université de Leiden.

En combinant les changements de température de la poussière (d’environ la température ambiante à environ 1200 ° C) causés par le rayonnement intense du trou noir avec les cartes d’absorption, l’équipe a construit une image détaillée de la poussière et a identifié où le trou noir doit se trouver. La poussière – dans un anneau intérieur épais et un disque plus étendu – avec le trou noir positionné en son centre soutient le modèle unifié. L’équipe a également utilisé les données du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, copropriété de l’ESO, et du Very Long Baseline Array de l’Observatoire national de radioastronomie pour construire leur image.

“Nos résultats devraient conduire à une meilleure compréhension du fonctionnement interne des AGN”, conclut Gámez Rosas. “Ils pourraient également nous aider à mieux comprendre l’histoire de la Voie lactée, qui abrite en son centre un trou noir supermassif qui a peut-être été actif dans le passé.”

Les chercheurs cherchent maintenant à utiliser le VLTI de l’ESO pour trouver davantage de preuves à l’appui du modèle unifié des AGN en considérant un plus grand échantillon de galaxies.

Bruno Lopez, membre de l’équipe, chercheur principal de MATISSE à l’Observatoire de la Côte d’Azur à Nice, en France, déclare : “Messier 77 est un prototype AGN important et une merveilleuse motivation pour étendre notre programme d’observation et optimiser MATISSE pour aborder un plus large échantillon d’AGN.”

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par ESO. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.