Un mini-jet découvert près du trou noir supermassif de la Voie lactée –


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  • Le trou noir central de notre Voie lactée a une fuite. Ce trou noir supermassif semble avoir conservé les vestiges d’un jet semblable à un chalumeau datant de plusieurs milliers d’années. Le télescope spatial Hubble de la NASA n’a pas photographié le jet fantôme mais a aidé à trouver des preuves circonstancielles qu’il pousse toujours faiblement dans un énorme nuage d’hydrogène puis éclabousse, comme le jet étroit d’un tuyau dirigé vers un tas de sable.

    C’est une preuve supplémentaire que le trou noir, avec une masse de 4,1 millions de soleils, n’est pas un monstre endormi mais qu’il a périodiquement le hoquet lorsque des étoiles et des nuages ​​de gaz y tombent. Les trous noirs attirent une partie de la matière dans un disque d’accrétion tourbillonnant et en orbite où une partie de la matière entrante est entraînée dans des jets sortants qui sont collimatés par les puissants champs magnétiques du trou noir. Les “faisceaux de projecteur” étroits s’accompagnent d’un flot de rayonnements ionisants mortels.

    “Le trou noir central est dynamiquement variable et est actuellement hors tension”, a déclaré Gerald Cecil de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. Cecil a reconstitué, comme un puzzle, des observations à plusieurs longueurs d’onde provenant d’une variété de télescopes qui suggèrent que le trou noir émet des mini-jets chaque fois qu’il avale quelque chose de lourd, comme un nuage de gaz. Les recherches de son équipe multinationale viennent d’être publiées dans le Journal d’Astrophysique.

    En 2013, les preuves d’un jet du sud trapu près du trou noir provenaient de rayons X détectés par l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et d’ondes radio détectées par le télescope Jansky Very Large Array à Socorro, au Nouveau-Mexique. Ce jet semble également se répandre dans le gaz près du trou noir.

    Cecil était curieux de savoir s’il y avait aussi un contre-jet du nord. Il a d’abord examiné les spectres d’archives de molécules telles que l’alcool méthylique et le monosulfure de carbone de l’observatoire ALMA au Chili (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), qui utilise des longueurs d’onde millimétriques pour scruter à travers les voiles de poussière entre nous et le noyau galactique. ALMA révèle une caractéristique linéaire étroite et en expansion dans le gaz moléculaire qui remonte à au moins 15 années-lumière jusqu’au trou noir.

    En reliant les points, Cecil a ensuite trouvé dans les images infrarouges de Hubble une bulle de gaz chaud rougeoyante et gonflée qui s’aligne sur le jet à une distance d’au moins 35 années-lumière du trou noir. Son équipe suggère que le jet du trou noir s’y est enfoncé, gonflant la bulle. Ces deux effets résiduels du jet d’évanouissement sont la seule preuve visuelle de son impact sur le gaz moléculaire.

    Lorsqu’il souffle à travers le gaz, le jet frappe le matériau et se courbe le long de plusieurs flux. “Les flux s’échappent du disque de gaz dense de la Voie lactée”, a déclaré le co-auteur Alex Wagner de l’Université de Tsukuba au Japon. “Le jet diverge d’un faisceau de crayon en vrilles, comme celui d’une pieuvre.” Cet écoulement crée une série de bulles en expansion qui s’étendent sur au moins 500 années-lumière. Cette plus grande structure de “bulle de savon” a été cartographiée à diverses longueurs d’onde par d’autres télescopes.

    Wagner et Cecil ont ensuite exécuté des modèles de superordinateur des flux sortants des jets dans un disque simulé de la Voie lactée, qui ont reproduit les observations. “Comme en archéologie, vous creusez et creusez pour trouver des artefacts de plus en plus anciens jusqu’à ce que vous tombiez sur les vestiges d’une grande civilisation”, a déclaré Cecil. Conclusion de Wagner : “Notre trou noir central a clairement augmenté sa luminosité d’au moins 1 million de fois au cours du dernier million d’années. Cela a suffi pour qu’un jet pénètre dans le halo galactique.”

    Des observations antérieures de Hubble et d’autres télescopes ont révélé que le trou noir de la Voie lactée avait éclaté il y a environ 2 à 4 millions d’années. C’était assez énergétique pour créer une immense paire de bulles dominant notre galaxie qui brillent dans les rayons gamma. Ils ont été découverts pour la première fois par le télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA en 2010 et sont entourés de bulles à rayons X découvertes en 2003 par le satellite ROSAT et entièrement cartographiées en 2020 par le satellite eROSITA.

    Les spectres de lumière ultraviolette de Hubble ont été utilisés pour mesurer la vitesse d’expansion et la composition des lobes de ballonnement. Les spectres de Hubble ont découvert plus tard que le sursaut était si puissant qu’il a illuminé une structure gazeuse, appelée flux de Magellan, à environ 200 000 années-lumière du centre galactique. Le gaz brille de cet événement encore aujourd’hui.

    Pour avoir une meilleure idée de ce qui se passe, Cecil a regardé Hubble et des images radio d’une autre galaxie avec un écoulement de trou noir. Située à 47 millions d’années-lumière, la galaxie spirale active NGC 1068 a une chaîne de caractéristiques de bulles alignées le long d’un écoulement du trou noir très actif en son centre. Cecil a découvert que les échelles des structures radio et à rayons X émergeant à la fois de NGC 1068 et de notre Voie lactée sont très similaires. “Une bulle de choc d’arc au sommet de la sortie de NGC 1068 coïncide avec l’échelle du début de la bulle de Fermi dans la Voie lactée. NGC 1068 pourrait nous montrer ce que la Voie lactée faisait pendant sa montée subite de puissance il y a plusieurs millions d’années.”

    La caractéristique de jet résiduel est suffisamment proche du trou noir de la Voie lactée pour qu’elle devienne beaucoup plus importante quelques décennies seulement après la réactivation du trou noir. Cecil note que “le trou noir n’a besoin que d’augmenter sa luminosité au centuple au cours de cette période pour remplir le canal du jet de particules émettrices. Ce serait cool de voir jusqu’où le jet va dans cette explosion. Pour atteindre le rayon gamma de Fermi les bulles exigeraient que le jet se maintienne pendant des centaines de milliers d’années parce que ces bulles ont chacune 50 000 années-lumière de diamètre !”

    Les images anticipées de l’ombre du trou noir réalisées avec le télescope Event Horizon de la National Science Foundation pourraient révéler où et comment le jet est lancé.

    Vidéo d’un mini-jet près du trou noir supermassif de la Voie lactée : https://www.youtube.com/watch?v=zxqQ4G0NOhI&t=144s

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