mercredi 4 mars 2015

Les trous noirs supermassifs empêchent le grossissement des galaxies

On en sait maintenant beaucoup plus sur les mécanismes qui ralentissent le grossissement des galaxies, ils sont bel et bien liés au trou noir supermassif qu'elles comportent en leur centre. Le phénomène en cause est appelé la précipitation cosmique.


C'est avec le télescope spatial Chandra X-Ray Observatory que cette découverte a pu être faite et rapportée prochainement dans la revue Nature quelques semaines après une première publication sur le même sujet dans the Astrophysical Journal Letters. 
On savait depuis un moment que le trou noir supermassif d'une galaxie avait un effet sur le grossissement de certaines galaxies, mais c'est aujourd'hui la première fois que l'on parvient à démontrer l'existence du phénomène physique en cause. La précipitation cosmique est un phénomène qui, à partir de gaz chaud, crée des sortes de pluies de gaz froid au sein d'une galaxie, qui ont un effet direct sur le trou noir supermassif, qui produit alors une réaction sur ce même gaz.
L'amas Abell 2597, un des 200 amas de galaxies étudiés
par M. Voit et al. (NASA/CXC/DSS/Magellan)
L'équipe menée par Mark Voit de la Michigan State University a exploré les émissions de rayons X de plus de 200 amas de galaxies, et plus particulièrement les plus grosses galaxies au sein de ces amas, celles qui baignent littéralement dans un milieu de gaz chaud. Normalement, ce gaz chaud devrait petit à petit se refroidir et former de nouvelles étoiles, mais les observations montrent qu'il n'en est rien, quelque chose empêche la formation d'étoiles.
Les astrophysiciens américains montrent que c'est le trou noir supermassif qui est en cause : sous certaines conditions, le gaz très chaud qui l'entoure rayonne, se refroidit, et produit des nuages froids qui se mélangent avec le gaz chaud aux alentours. Certaines condensations forment des étoiles mais d'autres précipitent vers le trou noir. Ces précipitations sur le trou noir déclenchent des jets de particules énergétiques qui repoussent alors le gaz qui est en train de tomber vers le trou et le réchauffent. Une fois le gaz réchauffé, la formation d'étoiles est inhibée.
Ce cycle de refroidissements-réchauffages produit au final une boucle de rétroaction qui régule le grossissement des galaxies. 
Dans leur étude, Voit et ses collègues ont mesuré combien de temps il faudrait au gaz pour refroidir à différentes distances du trou noir. Ils ont ainsi pu déterminer la "météo" autour de chacun des trous noirs étudiés.
Ils trouvent que les boucles de rétroaction de précipitation générées par l'énergie des jets des trous noirs empêchent les pluies de nuages de gaz froid de devenir trop importantes. Plus du gaz froid tombe sur le trou noir, plus ce dernier produit des jets de particules qui réchauffent ce gaz.
Les données obtenues semblent indiquer que cette régulation de la précipitation de gaz froid a lieu au moins depuis les 7 derniers milliards d'années...
Il est clair que sans la présence de trous noirs supermassifs, les amas de galaxies auraient beaucoup plus d'étoiles qu'ils n'en ont aujourd'hui. Les chercheurs ont également mis le doigt sur certaines exceptions, où la précipitation cosmique de gaz froid paraît inexistante, l'intense échauffement dans ces galaxies centrales, potentiellement produit par une collision entre deux amas de galaxies, semble avoir vaincu tout refroidissement.

Il reste maintenant à savoir si le même phénomène de précipitation en boucle de rétroaction a lieu aussi au sein de petites galaxies comme la Voie Lactée. 


Sources : 

Cooling time, freefall time, and precipitation in the cores of ACCEPT galaxy clusters
G. Mark Voit and Megan Donahue
ApJ Letters  799 L1 (2015)

http://chandra.harvard.edu/