Un gigantesque jet espionné depuis un trou noir dans l’univers primitif –

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  • Les astronomes ont découvert des preuves d’un jet de particules extraordinairement long provenant d’un trou noir supermassif dans l’univers primitif, en utilisant l’observatoire Chandra X-ray de la NASA.

    S’il est confirmé, ce serait le trou noir supermassif le plus éloigné avec un jet détecté dans les rayons X. Venant d’une galaxie située à environ 12,7 milliards d’années-lumière de la Terre, le jet peut aider à expliquer comment les plus grands trous noirs se sont formés à un moment très précoce de l’histoire de l’univers.

    La source du jet est un quasar – un trou noir supermassif à croissance rapide – nommé PSO J352.4034-15.3373 (PJ352-15 en abrégé), qui se trouve au centre d’une jeune galaxie. C’est l’un des deux quasars les plus puissants détectés dans les ondes radio dans le premier milliard d’années après le Big Bang, et il est environ un milliard de fois plus massif que le Soleil.

    Comment les trous noirs supermassifs ont-ils pu croître si rapidement pour atteindre une masse aussi énorme à cette époque précoce de l’univers? C’est l’une des questions clés de l’astronomie aujourd’hui.

    Malgré leur gravité puissante et leur redoutable réputation, les trous noirs n’attirent pas forcément tout ce qui s’approche d’eux. Le matériau en orbite autour d’un trou noir dans un disque a besoin de perdre de la vitesse et de l’énergie avant de pouvoir tomber plus loin vers l’intérieur pour traverser le soi-disant horizon des événements, le point de non-retour. Les champs magnétiques peuvent provoquer un effet de freinage sur le disque lorsqu’ils propulsent un jet, ce qui est un moyen clé pour le matériau du disque de perdre de l’énergie et, par conséquent, d’améliorer le taux de croissance des trous noirs.

    “Si un manège de terrain de jeu se déplace trop vite, il est difficile pour un enfant de se déplacer vers le centre, donc quelqu’un ou quelque chose doit ralentir la course”, a déclaré Thomas Connor du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA à Pasadena. , Californie, qui a dirigé l’étude. “Autour des trous noirs supermassifs, nous pensons que les jets peuvent emporter suffisamment d’énergie pour que le matériau puisse tomber vers l’intérieur et que le trou noir puisse se développer.”

    Les astronomes devaient observer PJ352-15 pendant un total de trois jours en utilisant la vision nette de Chandra pour détecter des preuves du jet de rayons X. Une émission de rayons X a été détectée à environ 160 000 années-lumière du quasar dans la même direction que des jets beaucoup plus courts précédemment observés dans les ondes radio par le très long réseau de base. En comparaison, toute la Voie lactée s’étend sur environ 100 000 années-lumière.

    PJ352-15 bat quelques records astronomiques différents. Premièrement, le plus long jet observé auparavant depuis le premier milliard d’années après le Big Bang ne mesurait qu’environ 5 000 années-lumière, ce qui correspond aux observations radio de PJ352-15. Deuxièmement, le PJ352-15 est à environ 300 millions d’années-lumière de plus que le jet de rayons X le plus éloigné enregistré avant lui.

    “La longueur de ce jet est importante car cela signifie que le trou noir supermassif qui l’alimente se développe depuis une période de temps considérable”, a déclaré le co-auteur Eduardo Bañados de l’Institut Max Planck pour l’astronomie (MPIA) à Heidelberg, en Allemagne. «Ce résultat souligne à quel point les études aux rayons X de quasars éloignés fournissent un moyen essentiel d’étudier la croissance des trous noirs supermassifs les plus éloignés.

    La lumière détectée par ce jet a été émise lorsque l’univers n’avait que 0,98 milliard d’années, moins d’un dixième de son âge actuel. À ce stade, l’intensité du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes laissé par le Big Bang était beaucoup plus grande qu’elle ne l’est aujourd’hui.

    Lorsque les électrons dans le jet s’envolent du trou noir à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, ils se déplacent à travers et entrent en collision avec les photons constituant le rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques, augmentant l’énergie des photons dans la gamme des rayons X pour être détecté par Chandra. Dans ce scénario, la luminosité des rayons X est considérablement augmentée par rapport aux ondes radio. Cela concorde avec l’observation selon laquelle la fonction de grand jet de rayons X n’a ​​pas d’émission radio associée.

    “Nos résultats montrent que les observations aux rayons X peuvent être l’un des meilleurs moyens d’étudier les quasars avec des jets dans l’Univers primitif”, a déclaré le co-auteur Daniel Stern, également du JPL. “Ou pour le dire autrement, les observations aux rayons X dans le futur peuvent être la clé pour percer les secrets de notre passé cosmique.”

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