L’anneau poussiéreux le plus interne, longtemps recherché, a été détecté avec la plus haute résolution spatiale dans les longueurs d’onde infrarouges jamais utilisées –


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  • Une équipe internationale de scientifiques a franchi le cap de l’observation directe de l’anneau poussiéreux le plus interne et recherché depuis longtemps autour d’un trou noir supermassif, à angle droit par rapport à son jet émergent. On pensait qu’une telle structure existait dans le noyau des galaxies, mais elle avait été difficile à observer directement car des matériaux intermédiaires obscurcissaient notre champ de vision.

    Maintenant, le disque interne est détecté en utilisant la résolution spatiale la plus élevée dans les longueurs d’onde infrarouges jamais réalisée pour un objet extragalactique. La nouvelle découverte vient d’être publiée dans Le Journal Astrophysique.

    « C’est un pas en avant très excitant de voir la région intérieure d’une galaxie lointaine avec des détails aussi fins », a déclaré Gail Schaefer, directrice associée du Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) Array.

    On pense qu’un trou noir supermassif existe au centre de chaque grande galaxie. Au fur et à mesure que la matière dans la région environnante est attirée vers le centre, le gaz forme une structure chaude et brillante en forme de disque. Dans certains cas, un jet émerge du voisinage du trou noir dans une direction perpendiculaire au disque. Cependant, cette structure plate, qui est essentiellement le « moteur » de ce système actif de trous noirs supermassifs, n’a jamais été vue directement car elle est trop petite pour être capturée par des télescopes conventionnels.

    Une façon d’aborder cette structure clé est de voir directement un « anneau poussiéreux » externe – le gaz interstellaire contient des grains de poussière, de minuscules particules solides constituées d’éléments lourds, qui ne peuvent survivre que dans la région externe où la température est suffisamment basse (< ~ 1500K -- sinon les métaux s'évaporent). La poussière chauffée émet un rayonnement infrarouge thermique et ressemblerait donc à un anneau extérieur autour du trou noir, si le système central avait effectivement une structure plate. La détection de sa structure serait une étape clé pour délimiter le fonctionnement du moteur central.

    Les tentatives pour voir cette structure depuis le bord sont difficiles, car le système est obscurci par la même poussière agissant comme un absorbeur de lumière. Au lieu de cela, dans la nouvelle enquête, l’équipe s’est concentrée sur un système avec une vue de face, l’objet le plus brillant de l’univers proche. Cependant, la détection nécessitait une résolution spatiale très élevée dans les longueurs d’onde infrarouges, et en même temps, un large éventail de télescopes disposés de manière appropriée pour observer des objets à différentes orientations.

    L’interféromètre CHARA Array de la Georgia State University à l’observatoire du mont Wilson en Californie est la seule installation qui répond à ces deux exigences. Le réseau se compose de 6 télescopes, dont chacun a un miroir de 1 mètre de diamètre, qui sont combinés pour obtenir la résolution spatiale d’un télescope beaucoup plus grand. Bien que chaque télescope individuel soit relativement petit, la disposition du réseau est optimisée pour observer les objets sous divers angles et avec de grandes distances entre les télescopes. Cela permet d’obtenir une capacité de résolution spatiale très élevée. Le CHARA Array a en fait les yeux les plus aiguisés au monde dans les longueurs d’onde infrarouges.

    Avec le CHARA Array, l’équipe a finalement détecté l’anneau poussiéreux, à angle droit avec le jet émergeant au centre de la galaxie appelé NGC 4151.

    « Nous espérions voir cette structure dans un objet à noyau nu depuis très, très longtemps », déclare Makoto Kishimoto, chercheur principal du projet à l’Université de Kyoto Sangyo.

    Un grand coup de pouce a été que chaque télescope a récemment ajouté un nouveau système appelé « optique adaptative ».

    Matt Anderson, chercheur postdoctoral au CHARA Array qui a joué un rôle essentiel dans la conduite des observations, déclare : « Cela a considérablement augmenté le taux d’injection de la lumière, compensant le miroir collecteur relativement petit pour observer la cible extragalactique, qui est beaucoup plus faible que les cibles stellaires généralement observées dans notre Galaxie. »

    Au cours des près de 40 dernières années, les chercheurs dans le domaine ont estimé que cet anneau poussiéreux était une clé pour comprendre les différentes caractéristiques des systèmes de trous noirs supermassifs en accrétion. Les propriétés que nous observons dépendent du fait que nous ayons une vue obscurcie, latérale ou claire, de face du noyau de la galaxie active. La détection de cette structure annulaire valide ce modèle.

    De plus, la détection n’est probablement pas seulement une indication d’une structure plate. Des études supplémentaires ont montré que la structure vue à des longueurs d’onde infrarouges légèrement plus longues, correspondant à une région externe encore plus grande, semble allongée le long du jet, et non à angle droit avec celui-ci. Cela a été interprété comme une indication d’un vent poussiéreux soufflé vers la direction du jet. La découverte actuelle que la structure interne semble plate et perpendiculaire au jet est un lien important avec la structure venteuse et son interaction avec le reste de la galaxie entourant le système de trous noirs actifs.

    Ces observations révolutionnaires ont mesuré la taille et l’orientation du disque poussiéreux. L’équipe travaille pour obtenir une image encore plus détaillée de la région centrale en construisant un nouvel instrument au CHARA Array qui peut voir plus profondément dans l’espace et résoudre une structure à plus petite échelle de la source.

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