Nous avons enfin la preuve que les trous noirs sont à l’origine des vents qui façonnent leur galaxie entière

Les trous noirs sont si étranges et si mystérieux qu’il est possible que nous ne parvenions jamais à résoudre toutes leurs énigmes. Mais cette nouvelle énigme est assez fantastique : il s’agit de la première preuve que les trous noirs supermassifs situés au cœur des galaxies façonnent activement leur environnement, ce que l’on soupçonnait mais que l’on n’avait encore jamais confirmé.

De plus, la façon dont ils le font – en générant des vents puissants qui soufflent loin à la ronde – influence le lieu de formation des nouvelles étoiles. Cela signifie que l’influence exercée par les trous noirs s’étend bien plus loin que prévu, jusqu’aux confins de leurs galaxies.

Le fait que les trous noirs supermassifs soufflent des vents puissants dans l’espace qui les entoure est bien connu. Il n’y a peut-être pas d’air dans l’espace, mais il y a du plasma, du gaz et d’autres matières dans le milieu interstellaire.

Des études antérieures ont conclu que ces vents, qui sont suffisamment puissants pour se propager dans des galaxies entières, peuvent supprimer la formation de nouvelles étoiles dans la région.

Cette nouvelle étude marque la première fois que ce phénomène a été observé.

“Les trous noirs supermassifs sont captivants”, a déclaré l’astrophysicienne Shelley Wright, de l’université de Californie à San Diego.

“Comprendre pourquoi et comment les galaxies sont affectées par leurs trous noirs supermassifs est une énigme exceptionnelle dans leur formation.”

Le trou noir en question est visible en tant que partie d’un quasar, dans la galaxie hôte 3C 298 située à quelque 9,3 milliards d’années-lumière.

Cela signifie que le phénomène que nous détectons s’est produit assez tôt dans l’histoire de l’Univers, qui a environ 13,8 milliards d’années.

Le trou noir lui-même ne peut pas être vu, car aucune lumière ne s’en échappe, mais il se trouve au centre d’un grand disque d’accrétion de poussière et de gaz qui tourbillonne autour du trou noir à des vitesses énormes.

Cela génère des frottements et de la chaleur, qui dégagent une lumière immense. En fait, les quasars sont parmi les objets les plus brillants de notre univers.

Dans l’image ci-dessus, les couleurs vertes mettent en évidence le gaz énergétique de la galaxie qui est illuminé par le quasar, tandis que la couleur bleue représente les vents puissants qui soufflent dans la galaxie.

Le trou noir supermassif lui-même se trouve dans ce cercle lumineux bordé d’orange, légèrement en dessous du milieu de l’image.

Le stade du quasar dans la vie d’une galaxie est généralement le stade initial, très actif, avant que le trou noir ne s’installe dans un âge adulte plus conventionnel, après avoir consommé toute la matière environnante.

La plupart des galaxies proches de la Voie lactée montrent aujourd’hui une corrélation entre la taille du trou noir supermassif au centre et la taille de la galaxie. Mais 3C 298 est disproportionnée.

En utilisant les données du spectrographe infrarouge OSIRIS de l’observatoire Keck et du grand réseau millimétrique/submillimétrique d’Atacama, l’équipe de recherche a découvert que la masse de cette galaxie est 100 fois inférieure à celle attendue, compte tenu de la taille de son trou noir.

Si l’on rassemble les pièces du puzzle, cela indique que le trou noir s’est formé et établi bien avant que la galaxie ne coalise autour de lui.

Les chercheurs ont également observé que les vents engendrés par le quasar modifiaient la densité du gaz moléculaire, la réduisant considérablement – les nuages de ce gaz étant essentiels à la formation des étoiles. Cela signifie que le quasar limitait la formation d’étoiles.

Ces découvertes sont les premiers résultats d’une enquête sur les quasars lointains et sur leur effet sur la croissance galactique et la formation d’étoiles. Mais même si elle a apporté des preuves magnifiques d’un mécanisme soupçonné depuis longtemps, il reste encore du travail à faire.

Par exemple, on ne sait toujours pas si les galaxies de quasars peuvent être incluses dans les modèles d’échelle utilisés pour les galaxies proches.

On ne sait pas non plus comment la formation d’étoiles peut se produire, puisque les vents du quasar ont éliminé la plupart du gaz nécessaire de la galaxie. L’équipe propose qu’une fusion galactique, ou du gaz provenant du milieu intergalactique, amène la galaxie à la masse attendue pour la taille de son trou noir.

“La partie la plus agréable de la recherche sur cette galaxie a été de rassembler toutes les données provenant de différentes longueurs d’onde et techniques”, a déclaré l’un des membres de l’équipe, l’astronome Andrey Vayner.

“Chaque nouvel ensemble de données que nous avons obtenu sur cette galaxie a répondu à une question et nous a permis de rassembler certaines pièces du puzzle.

“Cependant, dans le même temps, cela a créé de nouvelles questions sur la nature de la formation des galaxies et des trous noirs supermassifs.”

Les recherches de l’équipe ont été publiées dans The Astrophysical Journal.