Une étude apporte de nouvelles informations sur l'évolution des galaxies

Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont connus pour donner naissance à des jets rapides de particules relativistes qui peuvent parcourir de grandes distances à travers la galaxie et au-delà. Les jets ont longtemps été suspectés de piloter l'évolution des galaxies. Cependant, cela n'est resté jusqu'à présent qu'un soupçon.

Une nouvelle étude menée par une équipe internationale d'astronomes, dont Dipanjan Mukherjee du Centre interuniversitaire d'astronomie et d'astrophysique (IUCAA) basé à Pune, a percé le mystère.

L'équipe a montré que même un jet relativement faible d'un trou noir supermassif peut nettoyer la région nucléaire de la galaxie de son gaz, indiquant qu'ils peuvent jouer un rôle essentiel dans l'évolution de leurs galaxies hôtes.

Annonçant les découvertes, un communiqué de presse de l'IUCAA a déclaré que les astronomes avaient découvert que le gaz était régulièrement expulsé des régions centrales de la galaxie, poussé par le jet relativiste.

Bien que la puissance du jet observée dans les longueurs d'onde radio était modérée, il s'est avéré qu'il était encore capable de nettoyer près de 75 % du réservoir de gaz central.

Notant qu'il s'agissait de la première détection sans ambiguïté d'un jet relativiste d'un trou noir supermassif éliminant le gaz dans une galaxie, le communiqué indique que les mécanismes concurrents qui peuvent également provoquer de telles sorties ont été exclus.

"Le gaz éjecté n'est cependant pas assez rapide pour s'échapper complètement de la galaxie et finira par y retomber", a-t-il ajouté.

Les découvertes sont considérées comme importantes puisque même si les jets relativistes des trous noirs supermassifs sont depuis longtemps soupçonnés de conduire l'évolution des galaxies, jusqu'à présent, seul leur impact en tant que source de chauffage de l'atmosphère circum-galactique a été pris en compte.

Des simulations numériques menées plus tôt par Mukherjee et ses collègues ont prédit la forte influence de ces jets sur la galaxie hôte. Mais aucune preuve n'était disponible.

Des campagnes d'observation avaient trouvé des signatures de jets injectant de l'énergie dans le milieu interstellaire des galaxies. Cependant, l'effet du rayonnement du trou noir central n'a pas pu être complètement exclu.

« Les nouveaux résultats de cette étude fournissent la preuve définitive que les jets relativistes peuvent en effet affecter considérablement le gaz de la galaxie hôte. Cela peut avoir un impact significatif sur la façon dont et sur quelles échelles de temps les étoiles se forment dans ces galaxies, qui font l'objet de recherches actives en cours », ajoute le communiqué.

Il a en outre noté que les jets de faible puissance sont trouvés plus fréquemment que leurs homologues de puissance plus élevée et, observé, par conséquent, si ces jets de faible puissance ont le potentiel d'influencer leur hôte, les jets relativistes de ces trous noirs devraient jouer un rôle important dans le l'évolution de leurs galaxies hôtes, contrairement à ce que l'on pensait auparavant.

Cette étude est également significative en ce qu'elle a montré une forte synergie entre les résultats observationnels et les simulations de jets relativistes interagissant avec un milieu interstellaire dense d'une galaxie, réalisées par Mukherjee en 2018.

Les astronomes ont trouvé des similitudes remarquables entre leurs prédictions de la cinématique du gaz simulé et la dynamique observée du gaz moléculaire.

L'étude consistait à observer les mouvements du gaz moléculaire dans une galaxie appelée B2 0258+35, à l'aide des télescopes NOEMA (Northern Extended Millimeter Array).

Outre Mukherjee, l'équipe comprenait Suma Murthy, Raffaela Morganti et Tom Osterloo de l'Institut néerlandais de radioastronomie (ASTRON), Pierre Guillard de l'Institut d'Astrophysique de Paris, France, Alexander Wagner de l'Université de Tsukuba, Japon et Geoffrey Bicknell de l'Université nationale australienne, Australie.

Bicknell avait aidé à interpréter les résultats observés et leur comparaison avec des simulations théoriques réalisées par Mukherjee et ses collègues en 2018.

Les chercheurs ont publié un rapport sur l'étude dans le numéro d'avril de la revue scientifique, Astronomie naturelle. Le journal a présenté l'image des simulations de Mukherjee de 2018 sur la page de couverture.