vendredi 28 février 2020

Débauche d'énergie dans l'amas de galaxies d'Ophiuchus


Un nouveau record d'énergie éruptive issue d'un trou noir supermassif vient d'être observée dans l'amas de galaxies d'Ophiuchus situé à 390 millions d'années-lumière. Cette "éruption" passée est 5 fois plus énergétique que le précédent record. L'étude est publiée dans The Astrophysical Journal.



Simona Giacintucci (Naval Research Laboratory) et ses collaborateurs montrent comment le trou noir central de la galaxie la plus massive de l'amas a creusé une cavité dans le milieu intergalactique environnant (du plasma) par ses jets de matière relativistes. La cavité, observée tout d'abord en 2016 dans le domaine des rayons X avec le télescope spatial Chandra, est si vaste qu'on peut y faire tenir 15 fois la Voie Lactée...
Mais ce n'est qu'en ajoutant de nouvelles observations en rayons X avec  et XMM-Newton et des observations dans le domaine radio, avec les radiotélescopes MWA en Australie (Murchison Widefield Array) et GMRT en Inde (Giant Metrewave Radio Telescope)  que les astrophysiciens ont compris que toute cette cavité aux bords nets avait bien été sculptée par la matière et le rayonnement éjectés par l'activité du trou noir supermassif de la galaxie centrale de l'amas d'Ophiuchus. En effet, les émissions radio épousent parfaitement les contours des émissions de rayons X qui délimitent la cavité de plasma. Et cette émission radio est produite par des électrons accélérés à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. 
Les chercheurs peuvent calculer la quantité d'énergie nécessaire pour produire la cavité de plasma observée à partir de ses caractéristiques (son volume et la pression nécessaire pour mettre en mouvement le milieu intergalactique) : ils trouvent une énergie de 5. 1061 erg, soit 5. 1054 Joules ! Cette énergie est équivalente à l'énergie dégagée par 50 milliards de supernovas ... 

Mais aujourd'hui l'activité éruptive du trou noir de la grosse galaxie centrale de l'amas n'est plus vraiment actif : aucune trace de jet n'y est détectée, seulement une faible source radio. L'absence d'activité actuelle du trou noir supermassif est expliquée par les astrophysiciens par le fait qu'il ne serait plus nourri par du gaz froid, celui-ci étant décalé par rapport au centre de l'amas de galaxies. Giacintucci et son équipe évoque par ailleurs un lien possible entre ce décalage spatial des réserves de gaz et l'éruption ultra-énergétique qui a eu lieu.
Un point étonnant relevé par les chercheurs est qu'une seule cavité de plasma est observée, alors que les trous noirs produisent des jets polaires dans deux directions opposées. Pour expliquer cette singularité, Giacintucci et ses collaborateurs proposent que le gaz de l'autre côté de l'amas soit moins dense, ce qui aurait produit un affaiblissement beaucoup plus rapide des émissions radio, l'amas de galaxies est il est vrai asymétrique.

Ce qui est sûr, c'est que l'association des observations en rayons X et en ondes radio a été fondamentale pour comprendre ce qui s'est passé dans l'amas de Ophichus. Et d'autres observations en ondes radios à basses fréquences (typiquement entre 70 et 250 MHz) pourraient permettre de découvrir d'autres situations du même type et faire de l'archéologie astrophysique des trous noirs supermassifs.


Source

Discovery of a Giant Radio Fossil in the Ophiuchus Galaxy Cluster
S. Giacintucci et al.
The Astrophysical Journal, Volume 891, Number 1 (27 february 2020)


Illustration

Image composite de l'amas d'Ophiuchus (rayons X, radio et infra-rouge)  montrant la cavité et son bord incurvé (X : Chandra: NASA/CXC/NRL/S. Giacintucci, et al., XMM-Newton: ESA/XMM-Newton; Radio: NCRA/TIFR/GMRT; IR : 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF) 

4 commentaires :

moijdik a dit…

"Giacintucci et ses collaborateurs proposent que le gaz de l'autre côté de l'amas soit moins dense"
j'ai lu que l'on ne voit pas l'un des jets (de pulsar ou trou noir je ne sais plus) parceque l'autre est quasiment orienté dans notre direction: les effets relativistes accentueraient alors la visibilité du deuxième (et on a l'impression que le jet va plus vite que la lumière) et diminuent celle du premier (les photons émis par les électrons sont ils alors émis préférentiellement dans la direction moyenne de déplacement des électrons, en gros on aurait un effet Cherenkov)
Ca ne peut pas être le cas ici?

Dr Eric Simon a dit…

Non, ce ne sont pas directement les jets qui sont observés ici, ce sont les cavités dans le milieu intergalactique qu'ils ont produit dans le passé.

moijdik a dit…

C'est dommage qu'il n'y ait pas plus de commentaires sur la photo. Le trou noir est-il centré sur la grosse boule blanche... rose = rayon X, bleu = radio... pourquoi disent-ils qu'il n'y a qu'une seule cavité s'il y a symétrie sphérique autour de la boule blanche...

Dr Eric Simon a dit…

pour en savoir plus, vous pouvez jeter un oeil sur le papier original (version preprint ici) : https://arxiv.org/pdf/2002.01291.pdf