Techno-science le 23/06/2014 Un regard nouveau sur l

Techno-science le 23/06/2014
Un regard nouveau sur l'environnement d'un trou noir supermassif
formation d'un trou noir trou noir supermassif
Une galaxie active offre un regard nouveau sur l'environnement d'un trou noir supermassif.
Bien connaître et pouvoir modéliser la dynamique des galaxies est un enjeu crucial de l'Astrophysique
et de la cosmologie. Une équipe internationale d'astronomes menée par dont un chercheur de l'Institut
de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (CNRS/UJF) a observé un phénomène aussi
inattendu qu'étrange dans l'environnement du trou noir supermassif présent au centre de la galaxie
active NGC 5548. Les chercheurs ont détecté un flot de matière et de gaz s'échappant rapidement
des régions proches du trou noir et bloquant environ 90% du rayonnement X qui en provient. Cette
découverte pourrait permettre de mieux comprendre l'interaction des trous noirs supermassifs et de
leurs galaxies hôtes.
Si de nombreuses galaxies actives possèdent des vents de matière et de gaz, elles ne montrent
jamais une évolution aussi radicale de l'un d'entre eux. Dans le cas de NGC 5548, les chercheurs ont
observé la présence d'un nuage de gaz se déplaçant précisément le long de la ligne de visée et
protégeant les régions externes du vent du rayonnement de haute énergie provenant de
l'environnement immédiat du trou noir.
Il s'agit de la première manifestation directe du phénomène d'écrantage imaginé de longue date pour
permettre d'accélérer efficacement ces puissants vents de matière. C'est un résultat important pour
mieux comprendre la manière dont les trous noirs supermassifs peuvent interagir avec leurs galaxies
hôtes.
La matière qui chute sur un trou noir s'échauffe à des centaines de millions de degrés et émet en
conséquence un fort rayonnement X et ultraviolet (UV). En interagissant avec la matière environnante,
ce rayonnement UV peut propulser la matière sous forme de vents pouvant atteindre des vitesses
élevées. Ces vents peuvent même être assez puissants pour souffler le gaz qui, sinon, tomberait sur
le trou noir. Mais ce processus d'accélération ne fonctionne correctement que si la matière est
suffisamment protégée du rayonnement X. En effet les rayons X ionisent la matière de telle sorte que
celle-ci interagit moins bien avec le rayonnement UV ce qui a pour effet de rendre le processus
d'accélération inefficace.
Or on observe depuis longtemps ces flots de matière et de gaz d'où la nécessité de supposer
l'existence d'un processus d'écrantage. C'est ce processus qui vient d'être observé de manière
éclatante par cette équipe de chercheurs. Les observations récentes débutées en Juin 2013 à l'aide
notamment des télescopes XMM-Newton et Hubble, montrent en effet un changement radical de
l'émission de NGC 5548 par rapport aux observations faites quelques années auparavant. Les
astronomes ont ainsi observé qu'une partie du flot de matière était à un niveau d'ionisation bien plus
bas que par le passé. Ce changement s'explique par la forte baisse du rayonnement X ionisant
provenant des régions proches du trou noir suite à l'apparition - en un laps de temps relativement
court - d'un nuage de matière suffisamment dense pour faire écran à 90 % du rayonnement X. Moins
ionisé, le flot peut alors être efficacement accéléré par le rayonnement UV.
Si les vents observés généralement dans les galaxies actives comme NGC 5548 sont assez loin du
trou noir central et se déplacent à des vitesses avoisinant les 1000 km/s, le flot de matière jouant le
rôle d'écran semble provenir de régions bien plus proches du trou noir et se déplace aussi plus
rapidement aux alentours de 5000 km/s suivant la ligne de visée. C'est donc un phénomène différent
de ce qui a été parfois observé dans d'autres galaxies et imputés à des nuages-écran en simple
transit devant le trou noir.

Capture d'écran de l'animation montrant la matière occultante récemment découverte dans NGC
5548. La couronne produisant le rayonnement X et le trou noir supermassif sont en arrière plan. ©
Person & Petrucci.
Cette animation de Renaud Person, l'un des directeurs des environnements et décors d'Assassin's
Creed® de Ubisoft. Le film nous emmène dans un voyage au cœur de la galaxie NGC5548, et nous
aide à visualiser les résultats présentés dans cette étude.
Il est ainsi possible que nous soyons en présence d'un seul et même flot de matière dont les parties
internes, plus denses, protègeraient les parties externes du rayonnement X et faciliteraient par la
même leur accélération. Ces observations apportent ainsi un regard nouveau sur la formation et la
dynamique de ces vents et leur interaction possible, à plus grande échelle, avec la galaxie hôte.
Ce résultat a été réalisé au moyen d'observations longues et répétées obtenues à l'aide des grands
observatoires spatiaux de l'ESA et de la NASA: le satellite XMM-Newton, le télescope spatial Hubble,
ainsi que les satellites Swift, Nustar, Chandra, et INTEGRAL. Une équipe internationale dirigée par le
scientifique Jelle Kaastra de l'Institut de Recherche Spatiale des Pays-bas, SRON, a ainsi mené la
plus vaste campagne de surveillance jamais réalisée d'une galaxie active en 2013 et 2014. Ces
résultats sont publiés dans Science magazine (juin 2014).