Un trou noir super-massif alimenté par du gaz froid

Un trou noir super-massif alimenté par du gaz froid
Extrait du Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche.
https://www.obspm.fr/un-trou-noir-super-massif.html
Un trou noir super-massif
alimenté par du gaz froid
Date de mise en ligne : mercredi 8 juin 2016
Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la
Recherche.
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Un trou noir super-massif alimenté par du gaz froid
Au centre des amas de galaxies, il existe souvent une galaxie monstrueuse, qui avale tout ce
qui l'entoure, et en particulier les galaxies voisines. Cette galaxie géante abrite en son noyau
en trou noir super-massif, la plupart du temps très actif, brillant et rejetant de la masse dans
des jets de matière ionisée, puissants émetteurs d'ondes radio. L'origine de cette forte activité
reste jusqu'à présent mystérieuse.
Une équipe internationale comprenant des astronomes de l'Observatoire de Paris, a mis en
évidence, grâce à l'interféromètre ALMA de l'ESO, une pluie de gaz moléculaire tombant sur
le trou noir. L'accrétion de ce gaz d'origine inter-galactique, pourrait être à l'origine de
l'activité du trou noir super-massif. Ce travail fait l'objet d'une publication dans Nature (9
Juin 2016).
L'amas Abell 2597 est un amas riche, comprenant une galaxie monstrueuse en son centre : une galaxie elliptique
géante, entourée d'un halo dense de plasma chaud. A une distance de 350 millions de parsec (ou 1 milliard
d'années-lumière), cette galaxie possède un trou noir central de 300 millions de masses solaires. Ce trou noir est
très actif, et notamment émet des jets radio dans deux directions opposées, à des vitesses relativistes. Le centre est
une source puissante d'ondes radio, en particulier dans les longueurs d'onde millimétriques. Cette source de
continuum d'origine synchrotron permet de voir des nuages de gaz en absorption qui passent devant.
C'est grâce à cette possibilité d'absorption que l'équipe d'astronomes a pu détecter des nuages moléculaires denses,
tombant sur le trou noir. La vitesse de ces nuages, mesurée par effet Doppler, montre que ces nuages sont tous en
train de tomber sur le trou noir. Leur raie d'émission est décalée vers le rouge. Lorsque ces nuages sont détectés en
émission, toutes les vitesses sont observées, à la fois décalées vers le bleu et le rouge, car il n'est pas possible de
distinguer les nuages devant ou derrière le trou noir central.
Les nuages moléculaires froids (10-30 K) ont été détectés par leur raie d'émission (et d'absorption) de la molécule
CO (en particulier le niveau de rotation J=2-1 de cette molécule). Les observations à 1 millimètre de longueur d'onde
ont été effectuées avec ALMA (Atacama Large Millimeter Array) dans le désert d'Atacama au Chili. La résolution
spatiale des observations de l'ordre de 0,5 secondes d'arc, correspond à 2 000 années-lumière à la distance de
l'amas. Les nuages font partie d'une structure filamentaire, un mélange de gaz chaud et froid, et au total
correspondent à une masse de gaz moléculaire de 2 milliards de masses solaires. Une partie de ces nuages est vue
en absorption devant la source de continuum coïncidant avec le trou noir, et tombe sur le trou noir avec une vitesse
de 300 km/s. La nature de l'absorption permet de conclure à une pluie de petits nuages moléculaires denses et
compacts, et opaques dans la raie de CO(2-1).
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Les filaments de gaz chaud autour de la galaxie elliptique géante au centre de l'amas Abell 2597, vus dans la
raie de l'hydrogène Lyman-alpha. Les contours en noir sont les jets radio, émis par le trou noir super-massif,
observés en continu à 8.4 GHz de fréquence. La barre blanche indique une longueur de 25 000
années-lumière.
Ces observations mettent donc en évidence pour la première fois l'alimentation du trou noir central par des
nuages denses et froids, une pluie de nuages compacts, qui proviennent du refroidissement du gaz chaud des
filaments inter-galactiques autour de la galaxie monstrueuse centrale d'un amas. Ce refroidissement est dû à des
instabilités thermiques, qui sont accélérées par la pression dynamique du jet radio sur les filaments. Ce scénario,
pressenti par des simulations numériques, n'avait pas encore été observé directement.
Ce travail fait l'objet d'une publication dans Nature (9 Juin 2016).
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Spectre central obtenu dans la raie de rotation J-2-1 de la molécule CO avec ALMA. Outre l'émission
centrale, symétrique par rapport à la vitesse de la galaxie, on voit des nuages moléculaires en absorption,
uniquement décalés vers le rouge. Ils tombent vers le trou noir central, à la vitesse de 300km/s. L'échelle de
droite montre le pourcentage du continu absorbé.
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