vendredi 16 septembre 2016

Un trou noir supermassif expulse la matière qui le cache


La plupart des trous noirs supermassifs qui se trouvent au centre des galaxies sont cachés au sein d'un épais anneau de poussière et de gaz en forme de doughnut qui est appelé un tore. Alors que l'on pensait que cette matière provenait du voisinage du centre galactique pour tomber vers le trou, une étude montre qu'au contraire, le contenu de ce tore peut avoir été expulsé par le trou noir lui-même.



C'est la galaxie M77 (ou NGC 1068) qui a permis à l'équipe de Jack Gallimore (Université Bucknell, Pennsylvanie) de faire cette découverte. Distante de 47 millions d'années-lumière, M77 est une spirale barrée visible dans la constellation de la Baleine. Elle est classée comme galaxie de Seyfert, c'est à dire montrant un noyau actif. Au centre de M77 se trouve en effet un trou noir supermassif qui se nourrit grâce à un fin disque de gaz et de poussière proche de son horizon, un disque d'accrétion. Lorsque la matière de ce disque spirale vers le trou noir, elle s'échauffe fortement et rayonne en rayons X et ultra-violet. Les zones externes du disque sont elles plus froides et rayonnent en infra-rouge et ondes submillimétriques, qui peuvent être détectées avec le grand réseau de radiotélescopes ALMA situé dans le désert de l'Atacama au Chili.


C'est en observant les régions externes du disque d'accrétion du trou noir supermassif de M77 que Gallimore et ses collègues ont pu observer des nuages de gaz (du monoxyde de carbone) qui au lieu de tomber vers l'intérieur du disque et vers l'horizon du trou noir, au contraire s'en éloignent...

L'explication de ce phénomène est que l'énergie transférée des zones internes du disque d'accrétion ionisent partiellement ces nuages, qui deviennent alors sensibles aux puissants champs magnétiques qui entourent le trou noir.
Les nuages ionisés sont alors accélérés par une force centrifuge le long des lignes de champ magnétique, jusqu'à des très grandes vitesses. Elles ont été mesurées entre 400 et 800 km/s, ce qui est environ trois fois supérieur à la vitesse de rotation des zones externes du disque d'accrétion et au delà de la vitesse d'échappement. Cette vitesse est donc suffisante pour expulser cette matière beaucoup plus loin dans la galaxie. Les effets magnétiques font que toute cette matière est éjectée sous la forme de jets côniques de part et d'autre du disque d'accrétion, qui sont orientés presque perpendiculairement au disque (environ à 80°). Les chercheurs parviennent même à voir que ces jets seraient en rotation (précession) autour de l'axe de rotation du disque d'accrétion. 

C'est toute cette matière qui forme ainsi le tore dense qui cache le trou noir. C'est la première fois que des observations permettent de montrer que le trou noir supermassif est caché non pas par le disque de matière qui lui tombe dessus, mais par le gaz qu'il éjecte via ses champs magnétiques.
Cette découverte montre que le modèle des trous noirs actifs généralement admis est un peu trop simplifié.


Les données fondamentales qu'il reste à déterminer pour vraiment comprendre la machinerie du trou noir supermassif sont d'un côté la quantité de masse qui tombe réellement dans le trou, par rapport à celle qui se retrouve expulsée. ALMA devrait permettre sous peu de fournir des nouvelles précieuses données dans cet objectif. L'enjeu est de mieux appréhender les relations intimes qui existent entre le trou noir central et le reste de sa galaxie hôte.


Source : 

High-velocity bipolar molecular emission from an AGN torus
J. Gallimore et al.,
The Astrophysical Journal Letters 829 L7 (15 September 2016)

Illustrations :

1) La région centrale de M77. Le tore de matière de 40 années-mulière de large, cachant le trou noir et son disque d'accrétion est visible dans le zoom. Les couleurs représentent la vitesse du gaz (en bleu : mouvement vers nous, en rouge, éloignement). Les zones en vert sont de faible vitesse et sont en rotation autour du trou noir. Les zones en blanc au centre sont en mouvement très rapide. (Gallimore et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF))

2) Schéma simplifié d'un trou noir supermassif montrant son disque d'accrétion entouré par le dense tore de matière.

3) Petite partie du réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) (ESO/NAOJ/NRAO)

2 commentaires :

Thierry Periat a dit…

Une fois encore j'admire votre travail de fourmi consistant à nous éclairer jour après jour sur les beautés et les mystères de la nature. La notion de trou noir illustre particulièrement l'intérêt de votre démarche. Entre la prévision théorique issue des calculs et les observations indirectes de leur présence... que de chemin parcouru dont l'amateur ou le néophyte ne mesure pas toujours l'importance. Et pourtant...

Cet article une fois de plus démontre que le simple bon sens ne suffit pas. L'observation et l'expérimentation doivent venir au renfort des théoriciens en chambre pour les aider à parfaire leurs modèles.

Bonne continuation

Dr Eric SIMON a dit…

Merci à vous!