jeudi 11 mai 2017

Des trous noirs très actifs, mais très enveloppés


Une équipe d'astronomes utilisant le télescope spatial NuSTAR, montre en étudiant 52 galaxies à noyau actif à différents stades de fusions galactiques que celles qui en sont au dernier stade ont un trou noir supermassif complètement enveloppé par un épais cocon sphérique de gaz.




Les trous noirs supermassifs peuvent rester entourés d'un disque ou un tore de gaz et de poussières durant des millions d'années sans qu'il se passe grand chose, et sans absorber beaucoup de matière. Mais quand un événement perturbateur intervient, comme la fusion de deux galaxies, la matière en orbite, déstabilisée, se retrouve rapidement absorbée par le trou noir qui rend alors la galaxie "active" en induisant l'émission d'un intense rayonnement. C'est dans ces périodes de fusions de galaxies que les trous noirs supermassifs grossissent énormément. Claudio Ricci (Kavli Institute for Astronomy, Université de Pékin), et ses collègues américains ont observé les émissions de rayons X de haute énergie émanent de 52 galaxies connues pour être en cours de fusion, plus ou moins avancée.
Environ la moitié des galaxies étudiées se trouvent dans une phase évoluée de fusion. En comparant les observations X à haute énergie de NuSTAR avec d'autres observations effectuées à plus basse énergie (avec le télescope spatial XMM-Newton), les astrophysiciens peuvent déterminer l'"épaisseur" de gaz et de poussière qui obscurcit le trou noir supermassif. Ils montrent ainsi que plus le processus de fusion dure longtemps, plus le noyau actif de la galaxie se retrouve massivement enveloppé par une épaisse couche sphérique. La forme de cette matière entourant le trou noir supermassif apparaît ainsi particulière au phénomène en cours : un trou noir supermassif calme ne sera jamais entouré d'un cocon sphérique de matière mais plutôt d'un épais disque en forme de donut. 
C'est bel et bien lorsque le trou noir supermassif est fortement obscurci par son enveloppe de gaz et de poussière qu'a lieu son plus gros "festin", où il absorbe le plus de matière et gagne beaucoup de masse. Les astrophysiciens montrent que le pic d'obscurcissement arrive quand les deux trous noirs en voie de fusion se trouvent éloignés l'un de l'autre par une distance comprise entre 0,4 et 10,8 kpc (soit entre 1300 et 35000 années-lumière).

Claudio Ricci et ses collègues concluent que l'environnement proche des trous noirs supermassifs dans les dernières phases de fusion galactique est beaucoup plus riche en gaz et en poussières par rapport à ce qui est observé autour de trous noirs dans des galaxies isolées, et ce phénomène n'est pas expliqué par le modèle classique des noyaux galactiques actifs dans lequel c'est toujours le tore de matière qui est sensé produire les obscurcissements. Encore un modèle à réviser... L'étude est parue dans la revue britannique Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Référence

Growing supermassive black holes in the late stages of galaxy mergers are heavily obscured
C. Ricci et al.
Mon Not R Astron Soc (2017) 468 (2): 1273-1299 (23 January 2017).


Illustration 

Schéma de l'environnement d'un trou noir supermassif (galaxie calme à gauche , avec un tore de matière, et galaxie en cours de fusion à droite, montrant un cocon sphérique) (NASA/CXC/M.Weiss/National Astronomical Observatory of Japan)