Astronomie

Corrélation entre les propriétés des trous noirs supermassifs et la vitesse de rotation des galaxies

Corrélation entre les propriétés des trous noirs supermassifs et la vitesse de rotation des galaxies

Existe-t-il une corrélation entre la taille ou le spin - ou toute autre propriété - du trou noir supermassif central d'une galaxie et la vitesse de rotation de la galaxie (qui, je pense, serait également proportionnelle à la quantité calculée de matière noire dans la galaxie [?]) ?

Merci!


Aucune relation entre un trou noir supermassif et sa galaxie hôte ?

En utilisant le Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) d'Atacama pour observer une galaxie active avec un fort écoulement de gaz ionisé du centre galactique, une équipe dirigée par le Dr Yoshiki Toba de l'Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA, Taïwan) a obtenu un résultat qui rend les astronomes encore plus perplexes - l'équipe a clairement détecté du monoxyde de carbone (CO) gazeux associé au disque galactique, mais ils ont également découvert que le gaz CO qui se dépose dans la galaxie n'est pas affecté par le gaz fortement ionisé sortie lancée depuis le centre galactique.

Selon un scénario populaire expliquant la formation et l'évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs, le rayonnement des centres galactiques - où se trouvent les trous noirs supermassifs - peut influencer de manière significative le gaz moléculaire (tel que le CO) et les activités de formation d'étoiles des galaxies. Avec un résultat ALMA montrant que le flux de gaz ionisé entraîné par le trou noir supermassif n'affecte pas nécessairement sa galaxie hôte, "il a rendu la co-évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs plus déroutante", explique Yoshiki, "la prochaine étape est examiner plus de données sur ce type de galaxies. C'est crucial pour comprendre l'image complète de la formation et de l'évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs. »

Répondre à la question « Comment les galaxies se sont-elles formées et ont-elles évolué au cours des 13,8 milliards d'années d'histoire de l'univers ? a été l'un des principaux problèmes de l'astronomie moderne. Des études ont déjà révélé que presque toutes les galaxies massives abritent un trou noir supermassif en leur centre. Dans des découvertes récentes, des études ont en outre révélé que les masses des trous noirs sont étroitement corrélées avec celles de leurs galaxies hôtes. Cette corrélation suggère que les trous noirs supermassifs et leurs galaxies hôtes ont évolué ensemble et ont étroitement interagi les uns avec les autres au cours de leur croissance, également connue sous le nom de co-évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs.

L'écoulement de gaz entraîné par un trou noir supermassif au centre galactique est récemment devenu le centre d'attention car il joue peut-être un rôle clé dans la co-évolution des galaxies et des trous noirs. Une idée largement acceptée a décrit ce phénomène comme : le fort rayonnement du centre galactique dans lequel se trouve le trou noir supermassif ionise le gaz environnant et affecte même le gaz moléculaire qui est l'ingrédient de la formation d'étoiles le fort rayonnement active ou supprime la formation d'étoiles de galactique. Cependant, "nous, astronomes, ne comprenons pas la relation réelle entre l'activité des trous noirs supermassifs et la formation d'étoiles dans les galaxies", explique Tohru Nagao, professeur à l'université d'Ehime. "Par conséquent, de nombreux astronomes, y compris nous, sont impatients d'observer la scène réelle de l'interaction entre la sortie nucléaire et les activités de formation d'étoiles, pour révéler le mystère de la co-évolution."

L'équipe s'est concentrée sur un type particulier d'objets appelé Dust-Obscured Galaxy (DOG) qui a une caractéristique importante : bien qu'il soit très faible dans la lumière visible, il est très brillant dans l'infrarouge.

Les astronomes pensent que les CHIEN abritent des trous noirs supermassifs en croissance active dans leurs noyaux. En particulier, un CHIEN (WISE1029+0501, ci-après WISE1029) sort un gaz ionisé par le fort rayonnement de son trou noir supermassif. WISE1029 est connu comme un cas extrême en termes de sortie de gaz ionisé, et ce facteur particulier a motivé les chercheurs à voir ce qui arrive à son gaz moléculaire.

En utilisant la sensibilité exceptionnelle d'ALMA, excellente pour étudier les propriétés des gaz moléculaires et des activités de formation d'étoiles dans les galaxies, l'équipe a mené ses recherches en observant le CO et la poussière froide de la galaxie WISE1029. Après une analyse détaillée, ils ont trouvé étonnamment, il n'y a aucun signe de sortie de gaz moléculaire significative. De plus, l'activité de formation d'étoiles n'est ni activée ni supprimée. Cela indique qu'un fort écoulement de gaz ionisé lancé depuis le trou noir supermassif dans WISE1029 n'affecte pas de manière significative le gaz moléculaire environnant ni la formation d'étoiles.

De nombreux rapports indiquent que le flux de gaz ionisé entraîné par le pouvoir d'accrétion d'un trou noir supermassif a un impact important sur le gaz moléculaire environnant. Cependant, il est très rare qu'il n'y ait pas d'interaction étroite entre le gaz ionisé et le gaz moléculaire, comme le rapportent les chercheurs cette fois. Yoshiki et le résultat de l'équipe suggèrent que le rayonnement d'un trou noir supermassif n'affecte pas toujours le gaz moléculaire et la formation d'étoiles de sa galaxie hôte.

Alors que leur résultat rend la co-évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs plus déroutante, Yoshiki et son équipe sont enthousiastes à l'idée de révéler l'image complète du scénario. Il dit, "la compréhension d'une telle co-évolution est cruciale pour l'astronomie. En collectant des données statistiques sur ce type de galaxies et en poursuivant davantage d'observations de suivi à l'aide d'ALMA, nous espérons révéler la vérité."


Des chercheurs clarifient la dynamique de l'énergie de rotation des trous noirs

Fig. 1. Un trou noir supermassif entouré d'un disque d'accrétion, représenté en rouge, émet des jets — les faisceaux verticaux. Crédit : MIPT

Les astrophysiciens du MIPT ont développé un modèle pour tester une hypothèse sur les trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Le nouveau modèle permet aux scientifiques de prédire combien d'énergie de rotation un trou noir perd lorsqu'il émet des faisceaux de matière ionisée appelés jets astrophysiques. La perte d'énergie est estimée à partir des mesures du champ magnétique d'un jet. L'article a été publié dans la revue Frontières de l'astronomie et des sciences spatiales.

Les astrophysiciens ont observé des centaines de jets relativistes, d'énormes sorties de matière émises par des noyaux galactiques actifs abritant des trous noirs supermassifs. La matière dans un jet est accélérée presque à la vitesse de la lumière, d'où le terme « relativiste ». Les jets sont colossaux, même selon les normes astronomiques – leur longueur peut atteindre plusieurs pour cent du rayon de la galaxie hôte, soit environ 300 000 fois plus grande que le trou noir associé.

Cela dit, il y a encore beaucoup de chercheurs qui ne connaissent pas les jets. Les astrophysiciens ne savent même pas de quoi ils sont faits car les observations de jets ne produisent aucune raie spectrale. Le consensus actuel soutient que les jets sont probablement constitués d'électrons et de positons ou de protons, mais ils restent assez mystérieux. Au fur et à mesure que les chercheurs obtiennent de nouvelles données, un modèle plus complet et plus cohérent de ce phénomène émerge progressivement.

La matière en orbite et tombant sur un trou noir est appelée disque d'accrétion. Il joue un rôle crucial dans la formation des jets. Un trou noir, avec son disque d'accrétion et ses jets (fig. 1), est considéré comme la « machine » la plus efficace pour convertir l'énergie. Si l'on définit l'efficacité d'un tel système comme le rapport de l'énergie emportée par les jets à l'énergie de la matière accrétée, elle peut même dépasser 100 %.

Néanmoins, un examen plus approfondi du système révèle que la deuxième loi de la thermodynamique est toujours valable. Ce n'est pas une machine à mouvement perpétuel. Il s'avère qu'une partie de l'énergie du jet provient de la rotation du trou noir. C'est-à-dire qu'en alimentant un jet, un trou noir tourne progressivement plus lentement.

D'une certaine manière, ce mouvement perpétuel apparent ressemble plus à un vélo électrique. Il y a une inadéquation apparente entre l'énergie d'entrée de la matière d'accrétion - le travail musculaire, dans le cas du motard - et l'énergie de sortie du jet, ou le mouvement de la bicyclette. Dans les deux cas, cependant, il existe une source d'énergie cachée supplémentaire, à savoir la batterie alimentant le moteur électrique du vélo et la rotation du trou noir.

Par accrétion, un trou noir acquiert un moment angulaire, c'est-à-dire qu'il commence à tourner plus vite. Les jets emportent une partie de cet excès de moment angulaire dans ce qu'on appelle l'extraction d'énergie de rotation. Des effets similaires sont observés chez les jeunes étoiles. Lors de la formation d'une étoile, il capte la matière du disque d'accrétion, qui a un moment cinétique énorme. Cependant, les observations montrent que ces étoiles tournent en fait assez lentement. Tous les moments angulaires manquants sont utilisés pour alimenter les jets étroits émis par ces étoiles.

Fig. 2. Structure transversale du champ magnétique d'un jet. Crédit : MIPT

Les scientifiques ont récemment développé une nouvelle méthode pour mesurer les champs magnétiques dans les jets émis par les noyaux galactiques actifs. Dans son article, l'astrophysicienne Elena Nokhrina a montré que cette méthode peut être utilisée pour estimer la contribution de la rotation des trous noirs à la puissance des jets. Jusqu'à présent, la formule de canalisation de l'énergie de rotation dans l'énergie du jet n'a pas été testée empiriquement. Malheureusement, aucune observation fiable à ce jour n'a capturé le taux de rotation des trous noirs, ce qui est important pour estimer la perte d'énergie de rotation.

Un trou noir n'a pas de champ magnétique propre. Cependant, un champ magnétique vertical est généré autour de lui par la matière ionisée dans le disque d'accrétion. Pour estimer la perte d'énergie de rotation par un trou noir, les scientifiques doivent trouver le flux magnétique à travers la frontière autour d'un trou noir connu sous le nom d'horizon des événements.

"Parce que le flux magnétique est conservé, en mesurant sa magnitude dans le jet, nous apprenons également le flux magnétique près du trou noir. Connaissant la masse du trou noir, nous pouvons calculer la distance de son axe de rotation à l'horizon des événements - sa limite notionnelle Cela nous permet d'estimer la différence de potentiel électrique entre l'axe de rotation et la limite du trou noir. En prenant en compte le champ électrique d'écran dans le plasma, il est possible de trouver le courant électrique à proximité du trou noir. Connaissant à la fois le courant et la différence de potentiels, nous pouvons estimer la quantité d'énergie perdue par le trou noir en raison du ralentissement de sa rotation », explique Elena Nokhrina, auteur de l'article et directrice adjointe du laboratoire d'astrophysique relativiste du MIPT.

Les calculs pointent vers une corrélation entre la puissance totale d'un jet émis par un trou noir et la perte d'énergie de rotation par le trou noir. Cette étude s'appuie notamment sur un modèle récent de structure de jet (fig. 2). Avant que ce modèle ne soit avancé, les chercheurs supposaient que les jets avaient une structure transversale homogène, ce qui est une simplification. Dans le nouveau modèle, le champ magnétique d'un jet n'est pas homogène, ce qui permet des prédictions plus précises.

La plupart des galaxies hébergeant des jets sont trop éloignées pour que la structure transversale de leurs champs magnétiques puisse être discernée. Ainsi, le champ magnétique mesuré expérimentalement est comparé à sa structure transversale modèle pour estimer l'amplitude des composantes du champ. Ce n'est qu'en tenant compte de la structure transversale qu'il est possible de tester le mécanisme de rotation des trous noirs alimentant les jets. Sinon, il faudrait connaître le taux de rotation.

L'hypothèse qui a été mise à l'épreuve dans l'étude stipule que la puissance du jet dépend du flux magnétique et de la vitesse de rotation du trou noir. Cela permet de mesurer dans quelle mesure un jet est alimenté par l'énergie de rotation. Notamment, ce travail théorique nous permet d'estimer la quantité d'énergie de rotation perdue par un trou noir sans connaître sa vitesse de rotation, en utilisant uniquement les mesures du champ magnétique du jet.


Projet SAGESSE - VI. Explorer la relation entre la masse du trou noir supermassif et la rotation des galaxies avec le gaz moléculaire

Les corrélations empiriques entre les masses des trous noirs supermassifs (SMBH) et les propriétés de leurs galaxies hôtes sont bien établies. Parmi celles-ci se trouve la corrélation avec la vitesse de rotation plate de chaque galaxie mesurée soit à un grand rayon dans sa courbe de rotation, soit via une largeur de raie d'émission spatialement intégrée. Nous proposons ici l'utilisation de la largeur de raie d'émission de CO intégrée dé-projetée comme traceur alternatif de cette vitesse de rotation, qui s'est déjà avérée utile pour la relation de Tully-Fisher (luminosité-vitesse de rotation). Nous étudions la corrélation entre les largeurs de lignes de CO et les masses SMBH pour deux échantillons de galaxies avec des mesures dynamiques de masse SMBH, avec des observations de CO respectivement résolues spatialement et non résolues. La corrélation la plus étroite est trouvée en utilisant l'échantillon résolu de 25 galaxies comme log (MBH/M⊙) = (7,5 ± 0,1) + (8,5 ± 0,9)[log (W50/sin i km s−1) − 2,7], où MBH est la masse centrale SMBH, W50 la pleine largeur à mi-hauteur d'un profil de raie d'émission à deux cornes, et i l'inclinaison du disque de CO. Cette relation a une dispersion totale de 0,6 dex, comparable à celles des autres corrélations de masse SMBH, et dominée par la dispersion intrinsèque de 0,5 dex. Une corrélation étroite est également trouvée entre les largeurs de lignes de CO dé-projetées et les dispersions de vitesse stellaire moyennées dans un rayon effectif. Nous appliquons notre corrélation à l'échantillon COLD GASS pour estimer la fonction de masse SMBH locale.

Type d'élément: Article
Type de date : Publication
Statut: Publié
Écoles: Physique et Astronomie
Éditeur: Presse de l'Université d'Oxford
ISSN : 0035-8711
Date du premier dépôt conforme : 9 novembre 2020
Date d'acceptation : 15 octobre 2020
Dernière modification : 20 janv. 2021 10:08
URI : http://orca.cardiff.ac.uk/id/eprint/136213
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Barre latérale principale

ALMA a effectué les mesures les plus précises du gaz froid tourbillonnant autour d'un trou noir supermassif - le monstre cosmique au centre de la galaxie elliptique géante NGC 3258. L'ellipse multicolore reflète le mouvement du gaz en orbite autour du trou noir, avec du bleu indiquant un mouvement vers nous et un mouvement rouge loin de nous. L'encadré représente la façon dont la vitesse orbitale change avec la distance par rapport au trou noir. [Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Boizelle NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello Hubble Space Telescope (NASA/ESA) Carnegie-Irvine Galaxy Survey.]


Les astronomes confirment le lien entre les fusions de galaxies et les trous noirs supermassifs

Cette impression d'artiste illustre à quoi ressembleraient les jets à grande vitesse des trous noirs supermassifs. Ces sorties de plasma sont le résultat de l'extraction d'énergie de la rotation d'un trou noir supermassif car il consomme le disque de matière tourbillonnante qui l'entoure. Ces jets ont de très fortes émissions aux longueurs d'onde radio.

Les astronomes ont utilisé le télescope spatial Hubble pour mener une vaste enquête pour étudier la relation entre les galaxies qui ont subi des fusions et l'activité des trous noirs supermassifs à leurs noyaux, révélant un lien entre la présence de trous noirs supermassifs qui alimentent à grande vitesse, radio -les jets émetteurs de signaux et l'histoire de la fusion de leurs galaxies hôtes.

Dans l'enquête la plus approfondie du genre jamais menée, une équipe de scientifiques a trouvé un lien sans ambiguïté entre la présence de trous noirs supermassifs qui alimentent des jets émettant des signaux radio à grande vitesse et l'histoire de la fusion de leurs galaxies hôtes. Presque toutes les galaxies hébergeant ces jets se sont avérées fusionner avec une autre galaxie, ou l'ont fait récemment. Les résultats donnent un poids significatif à l'argument selon lequel les jets sont le résultat de la fusion des trous noirs et seront présentés dans l'Astrophysical Journal.

Une équipe d'astronomes utilisant la caméra à champ large 3 (WFC3) du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA a mené une vaste enquête pour étudier la relation entre les galaxies qui ont subi des fusions et l'activité des trous noirs supermassifs à leur cœur.

L'équipe a étudié une grande sélection de galaxies avec des centres extrêmement lumineux - connus sous le nom de noyaux galactiques actifs (AGN) - que l'on pense être le résultat de grandes quantités de matière chauffée qui tournent autour et sont consommées par un trou noir supermassif. Alors que la plupart des galaxies sont censées héberger un trou noir supermassif, seul un petit pourcentage d'entre elles sont aussi lumineuses et moins encore vont encore plus loin et forment ce que l'on appelle des jets relativistes [1]. Les deux jets de plasma à grande vitesse se déplacent presque à la vitesse de la lumière et s'écoulent dans des directions opposées perpendiculairement au disque de matière entourant le trou noir, s'étendant sur des milliers d'années-lumière dans l'espace. La matière chaude contenue dans les jets est également à l'origine des ondes radio.


Cette impression d'artiste illustre à quoi ressembleraient les jets à grande vitesse des trous noirs supermassifs. Ces sorties de plasma sont le résultat de l'extraction d'énergie de la rotation d'un trou noir supermassif car il consomme le disque de matière tourbillonnante qui l'entoure. Ces jets ont de très fortes émissions aux longueurs d'onde radio. Crédit : ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

Ce sont ces jets que Marco Chiaberge du Space Telescope Science Institute, USA (également affilié à l'Université Johns Hopkins, USA et INAF-IRA, Italie) et son équipe espéraient confirmer qu'ils étaient le résultat de fusions galactiques [2].

L'équipe a inspecté cinq catégories de galaxies à la recherche de signes visibles de fusions récentes ou en cours : deux types de galaxies avec des jets, deux types de galaxies qui avaient des noyaux lumineux mais pas de jets, et un ensemble de galaxies inactives régulières [3].

« Les galaxies qui hébergent ces jets relativistes émettent de grandes quantités de rayonnement à des longueurs d'onde radio », explique Marco. « En utilisant la caméra WFC3 de Hubble, nous avons constaté que presque toutes les galaxies avec de grandes quantités d'émission radio, impliquant la présence de jets, étaient associées à des fusions. Cependant, ce ne sont pas seulement les galaxies contenant des jets qui ont montré des signes de fusion ! [4].

"Nous avons constaté que la plupart des événements de fusion en eux-mêmes n'aboutissent pas réellement à la création d'AGN avec une émission radio puissante", a ajouté le co-auteur Roberto Gilli de l'Osservatorio Astronomico di Bologna, en Italie. "Environ 40% des autres galaxies que nous avons examinées avaient également connu une fusion et pourtant n'avaient pas réussi à produire les émissions radio et les jets spectaculaires de leurs homologues."

Bien qu'il soit maintenant clair qu'une fusion galactique est presque certainement nécessaire pour qu'une galaxie héberge un trou noir supermassif avec des jets relativistes, l'équipe en déduit qu'il doit y avoir des conditions supplémentaires qui doivent être remplies. Ils spéculent que la collision d'une galaxie avec une autre produit un trou noir supermassif avec des jets lorsque le trou noir central tourne plus vite - peut-être en raison de la rencontre d'un autre trou noir de masse similaire - comme l'excès d'énergie extrait de la rotation du trou noir. alimenterait les jets.

« Les fusions sont susceptibles d'affecter le trou noir central de deux manières. Le premier serait une augmentation de la quantité de gaz entraînée vers le centre de la galaxie, ajoutant de la masse à la fois au trou noir et au disque de matière qui l'entoure », explique Colin Norman, co-auteur de l'article. "Mais ce processus devrait affecter les trous noirs dans toutes les galaxies fusionnantes, et pourtant toutes les galaxies fusionnantes avec des trous noirs ne se terminent pas par des jets, il ne suffit donc pas d'expliquer comment ces jets se produisent. L'autre possibilité est qu'une fusion entre deux galaxies massives provoque également la fusion de deux trous noirs de masse similaire. Il se pourrait qu'une fusion particulière entre deux trous noirs produise un seul trou noir supermassif en rotation, ce qui explique la production de jets.

De futures observations utilisant à la fois Hubble et le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA) sont nécessaires pour étendre encore plus l'ensemble de relevés et continuer à faire la lumière sur ces processus complexes et puissants.

[1] Les jets relativistes voyagent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, ce qui en fait l'un des objets astronomiques les plus rapides connus.

[2] Les nouvelles observations utilisées dans cette recherche ont été réalisées en collaboration avec l'équipe 3CR-HST. Cette équipe internationale d'astronomes est actuellement dirigée par Marco Chiaberge et a mené une série de relevés de radiogalaxies et de quasars du catalogue 3CR à l'aide du télescope spatial Hubble.

[3] L'équipe a comparé ses observations avec les pans de données d'archives de Hubble. Ils ont étudié directement douze radiogalaxies très éloignées et ont comparé les résultats avec les données d'un grand nombre de galaxies observées lors d'autres programmes d'observation.

[4] D'autres études avaient montré une forte relation entre l'histoire de la fusion d'une galaxie et les niveaux élevés de rayonnement aux longueurs d'onde radio qui suggèrent la présence de jets relativistes tapi au centre de la galaxie. Cependant, cette enquête est beaucoup plus étendue et les résultats très clairs, ce qui signifie qu'on peut maintenant affirmer avec une quasi-certitude que les AGN radio-forts, c'est-à-dire les galaxies à jets relativistes, sont le résultat de fusions galactiques.


Télescope Event Horizon : un trou noir produit un jet tordu

Cette fois, on nous montre la base d'un jet colossal de gaz excité, ou plasma, hurlant loin d'un autre trou noir à une vitesse proche de la lumière.

La scène était en fait dans l'"arrière-plan" de la cible d'origine.

Les scientifiques qui exploitent le télescope Event Horizon décrivent le jet dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Ils disent que leurs études de la région de l'espace connue sous le nom de 3C 279 les aideront à mieux comprendre la physique qui détermine le comportement à proximité des trous noirs.

3C 279 est ce que les astronomes appellent un quasar - le noyau extrêmement brillant d'une galaxie très lointaine. Celui-ci est à environ 5,5 milliards d'années-lumière de la Terre.

Il est bien connu et a été utilisé comme cible d'étalonnage pour aligner les performances des huit radiotélescopes individuels de l'EHT lorsqu'ils ont simultanément réalisé leur étonnante carte du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87.

La résolution remarquable atteinte par l'EHT - mise en valeur avec M87 - rapporte à nouveau des dividendes avec 3C 279, car nous voyons des caractéristiques jusqu'alors inconnues.

3C 279 a également un trou noir supermassif en son cœur. C'est environ un milliard de fois la masse de notre Soleil et sa gravité attire et déchiquette toutes les étoiles ou les gaz qui s'approchent trop près. Ce matériau est probablement accrété sur un disque qui s'enroule autour du trou, mais une partie est renvoyée dans l'espace le long de deux jets se déplaçant dans des directions opposées.

Dans les images précédentes de 3C 279, nous avons pu détecter le contour du jet qui se dirige vers nous (celui qui se déplace en sens inverse n'est pas détecté). Mais dans la nouvelle image EHT, nous pouvons résoudre les détails à proximité du point où ce jet quitte le trou noir. De plus, cette zone de base semble tordue et quelque peu décalée par rapport à l'axe principal du jet.

"C'est curieux", a déclaré le Dr Ziri Younsi, membre de la collaboration EHT. "Nous voyons une région qui est en fait assez proche du trou noir. Il pourrait s'agir d'une couche d'interaction où le jet se couple au disque d'accrétion et extrait toute son énergie du trou noir.

"Nous ne comprenons pas vraiment comment les jets sont alimentés par les trous noirs. Les trous noirs, lorsqu'ils tournent rapidement, sont les libérateurs d'énergie les plus efficaces de l'Univers, mais le mécanisme par lequel le jet peut extraire cette énergie est inconnu. Il y a quelques idées, mais nous ne savons pas encore laquelle est la bonne", a déclaré à BBC News un chercheur de l'University College London, au Royaume-Uni.

Les données des images de M87 et 3C 279 ont été collectées par le réseau de radiotélescopes largement dispersés de l'ENT en 2017. Le projet a continué à collecter des données sur le trou noir supermassif qui existe au centre de notre propre galaxie, le Voie Lactée.

"Nous avons ces données - d'une région que nous appelons Sagittaire A*", a déclaré le Dr Younsi. "Nous y travaillons actuellement et bien que nous ayons des résultats préliminaires, ceux-ci ne peuvent pas encore être partagés. Nous espérons avoir quelque chose peut-être avant la fin de cette année. » L'équipe se trouve en mesure de se concentrer sur cette analyse car le temps d'observation qu'elle avait réservé sur le réseau EHT pour cette année a été annulé dans l'épidémie de coronavirus.

Un PDF de l'article A&A décrivant 3C 279 est disponible ici. Son auteur principal est le Dr Jae-Young Kim de l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, en Allemagne.

Le télescope Event Horizon est un "télescope virtuel" qui relie un large éventail de récepteurs radio - du pôle Sud à Hawaï, en passant par les Amériques et l'Europe. Il utilise une technique appelée interférométrie en réseau à très longue ligne de base (VLBI). Cela combine les observations du réseau dispersé pour imiter une ouverture de télescope qui peut produire la résolution nécessaire pour percevoir une piqûre d'épingle dans le ciel. Pour l'EHT, cette piqûre d'épingle est mesurée en microsecondes d'arc.

Pour transmettre une telle performance au grand public, les membres de l'équipe EHT parlent de la netteté de la vision comme étant l'équivalent de voir depuis la Terre quelque chose de la taille d'un pamplemousse à la surface de la Lune.


Monster Black Hole tourne à la moitié de la vitesse de la lumière

Pour la première fois, des astronomes ont mesuré directement la vitesse de rotation d'un trou noir, cadençant sa rotation à près de la moitié de la vitesse de la lumière.

Le trou noir supermassif lointain serait normalement trop faible pour être mesuré, mais une gamme rare avec une galaxie elliptique massive a créé un télescope naturel connu sous le nom de lentille gravitationnelle qui a permis aux scientifiques d'étudier l'objet lointain.

"La lentille gravitationnelle est cruciale", a déclaré le co-auteur de l'étude Mark Reynolds de l'Université du Michigan à Space.com par e-mail. "Sans cela, nous ne serions pas en mesure de collecter des photons de rayons X pour mesurer la rotation d'un trou noir c'est si lointain." [Les trous noirs les plus étranges de l'univers]

Le télescope gratuit de la nature

À un peu plus de 6 milliards d'années-lumière de la Terre, un trou noir supermassif alimente le quasar. Les quasars, les objets les plus lumineux de l'univers, brillent de mille feux sur de vastes distances, alimentés par la matière qui tombe dans leurs trous noirs.

Les trous noirs sont des objets massifs dont l'attraction gravitationnelle est si puissante que même la lumière ne peut leur échapper. La plupart se forment lorsqu'une étoile en fin de vie explose, son noyau externe s'effondrant en une minuscule boule dense.

Les trous noirs supermassifs ont des masses des millions de fois supérieures à celles du soleil et se trouvent au centre de la plupart des galaxies, y compris la Voie lactée. Leurs origines sont encore inconnues.

Les seules caractéristiques que les scientifiques sont capables de mesurer à propos des objets voraces sont leur masse et leur rotation. Les astronomes peuvent déterminer la masse d'un trou noir en mesurant ses interactions avec le gaz et d'autres objets, mais caractériser sa rotation est resté un défi, en particulier pour les trous noirs supermassifs plus éloignés.

Dans la nouvelle étude, une équipe dirigée par Rubens Reis de l'Université du Michigan a utilisé l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et le XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne – les plus grands télescopes spatiaux à rayons X actuellement disponibles – pour observer les rayons X générés dans les régions les plus internes du disque de matière encerclant et alimentant le trou noir supermassif qui alimente le quasar J1131.

La mesure du rayon du disque a permis aux astronomes de calculer la vitesse de rotation du trou noir, qui était presque la moitié de la vitesse de la lumière.

L'équipe n'aurait pas pu mesurer la rotation sans un alignement rare dans l'espace. Une galaxie elliptique géante se trouve entre la Terre et le quasar J1131. L'immense galaxie agit comme une lentille gravitationnelle pour plier et agrandir les objets qui se trouvent derrière elle - dans ce cas, le trou noir supermassif.

"Il agit comme un télescope, mais un télescope gratuit fourni par la nature", a déclaré Reynolds.

"Une telle lentille quadruple d'un quasar est un objet très rare", a déclaré Guido Risaliti, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, à Space.com dans un e-mail. « Jusqu'à il y a quelques années, aucun d'entre eux n'était connu.

Risaliti, qui n'a pas participé à la recherche, étudie également les trous noirs supermassifs. L'année dernière, il a effectué la première mesure fiable du spin d'un trou noir supermassif voisin. Il est l'auteur d'un article de News & Views paru en même temps que la recherche dans la revue Nature aujourd'hui (5 mars). [Pas d'échappatoire : plonger dans un trou noir (infographie)]

Super essoreuse

La rotation d'un trou noir supermassif peut révéler des informations sur la façon dont il accumule la matière qu'il consomme. Pour obtenir une rotation rapide, le matériau doit tomber dans le trou noir dans une direction similaire à sa rotation, le faisant finalement monter comme un enfant faisant tourner un manège.

Une rotation plus lente indique que le gaz et la poussière alimentant le trou noir y tombent de plusieurs directions, faisant tourner le trou noir vers le haut ou vers le bas selon qu'il entre avec ou contre la rotation. Dans ce cas, l'afflux aléatoire de matière agit comme un enfant en alternance poussant et tirant le manège.

La rotation rapide de J1131 indique que le trou noir est alimenté par une abondante réserve de gaz et de poussière. Ces grands volumes pourraient être fournis par des collisions et des fusions entre galaxies, entre autres sources, a déclaré Reynolds.

Une rotation plus lente et un processus d'alimentation plus aléatoire seraient causés par la matière arrivant par rafales, provenant de nuages ​​de gaz interstellaires et d'étoiles errant trop près d'une variété de directions.

"Des études d'observation au cours des 20 dernières années ont montré un lien clair entre la masse du trou noir supermassif au centre d'une galaxie et les propriétés de la galaxie dans laquelle il réside", a déclaré Reynolds. "Ces relations suggèrent une relation symbiotique entre le trou noir central et sa galaxie hôte."

En étudiant le trou noir, les astronomes peuvent en apprendre davantage sur l'origine et l'évolution des galaxies – et le spin joue un rôle très important.

"L'histoire de la croissance d'un trou noir supermassif est codée dans sa rotation", a déclaré Reynolds.

"La prochaine étape immédiate consiste à obtenir quelques tours de trous noirs supplémentaires dans l'AGN voisin, mais il sera difficile de répéter des observations comme celle de l'équipe de Reis en raison de la rareté de ces sources", a déclaré Risaliti. "Le grand pas en avant sera la mesure des spins des trous noirs avec la prochaine génération de télescopes à rayons X à haute sensibilité, comme l'Athena de l'ESA."


Cet énorme trou noir tourne à la moitié de la vitesse de la lumière !

Les miettes laissées par le récent repas d'un trou noir supermassif ont permis aux scientifiques de calculer le taux de rotation du monstre, et les résultats sont ahurissants.

L'énorme trou noir, connu sous le nom d'ASASSN-14li, tourne à au moins 50% de la vitesse de la lumière, ont déclaré les membres de l'équipe de recherche.

"L'horizon des événements de ce trou noir est environ 300 fois plus grand que la Terre", a déclaré le co-auteur de l'étude Ron Remillard, du Massachusetts Institute of Technology (MIT), dans un communiqué. (L'horizon des événements est la limite au-delà de laquelle rien, pas même la lumière, ne peut échapper aux griffes gravitationnelles d'un trou noir.) [Images : Black Holes of the Universe]

"Yet the black hole is spinning so fast it completes one rotation in about two minutes, compared to the 24 hours it takes our planet to rotate," Remillard added.

ASASSN-14li lies at the heart of a galaxy 290 million light-years away from Earth and harbors between 1 million and 10 million times the mass of the sun. So, it's about as hefty as the black hole at the Milky Way's core, known as Sagittarius A*, which contains about 4 million solar masses. (Supermassive black holes can get much weightier some tip the scales at tens of billions of solar masses.)

ASASSN-14li was discovered in November 2014, after it tore apart a star that strayed too close. This dramatic event caused a flash of bright light, which was spotted by a system of optical telescopes called the All-Sky Automated Survey for Supernovae (hence the black hole's name).

In the new study, a team led by Dheeraj Pasham, also of MIT, observed the X-ray light coming from the ASASSN-14li system. The researchers analyzed data gathered by a number of instruments, including NASA's Chandra X-ray Observatory and Neil Gehrels Swift space telescopes, as well as the European Space Agency's XMM-Newton spacecraft.

These datasets revealed a consistent flickering: ASASSN-14li's X-ray emissions rise and fall every 131 seconds. This clockwork signal is likely caused by a clump of the torn-apart star circling the black hole very close to the event horizon, study team members said.

"The fact that we can track this region of bright X-ray emission as it circles the black hole lets us track just how quickly material in the disk is spinning," Pasham said in the same statement. "That gives us information about the spin rate of the supermassive black hole itself."

That spin speed is impressive but not unprecedented. The few supermassive black holes whose rotation rates have been clocked to date are in the same extreme neighborhood, generally whipping around between 33 percent and 84 percent the speed of light.

The new results &mdash which Pasham presented Wednesday (Jan. 9) at the 233rd meeting of the American Astronomical Society (AAS) in Seattle &mdash could help astronomers better understand how supermassive black holes evolve.

These behemoths can grow in two main ways, Pasham said &mdash by galaxy-scale mergers, and/or by steadily accreting smaller bits of surrounding material. A relatively low rotation rate would implicate mergers as the primary factor, because these random smashups likely wouldn't keep spinning the growing black hole up in the same direction.

However, "if you have a high-spin black hole, supermassive black hole, that's telling us that maybe steady accretion was dominant," Pasham said during a news conference at AAS Wednesday.


Did a Supermassive Black Hole Influence the Evolution of Life on Earth?

In 1939, Albert Einstein published a paper in Annals of Mathematics, arguing that black holes do not exist in nature. A quarter of a century later, Maarten Schmidt discovered quasars as powerful sources of light at cosmological distances. These enigmatic point-like sources were explained in the mid-1960s by Yakov Zel&rsquodovich in the East and Ed Salpeter in the West as supermassive black holes that are fed with gas from their host galaxies. When gas flows towards the black hole, it swirls like water going down the drain. As the gas approaches a fraction of the speed of light at the innermost stable circular orbit (ISCO) around the black hole, it heats-up by rubbing against itself through turbulent viscosity.

Consequently, its accretion disk glows brightly, radiating away about a tenth of its rest mass and exceeding by orders of magnitude the total luminosity from stars in its host galaxy. High feeding rates make quasars visible all the way out to the edge of the visible Universe. Decades later, astronomers found that almost every galaxy hosts a supermassive black hole at its center, which is starved most of the time but bursts sporadically for merely tens of millions of years during each burst. The quasars resemble a baby that tends to remove food off the dining table as soon as it is fed by virtue of becoming too energetic.

This year, the Nobel Prize in Physics was awarded to Andrea Ghez and Reinhard Genzel for providing conclusive evidence that a black hole, albeit starved at the present time, lurks also at the center of our own Milky Way galaxy. This monster, weighing four million Suns, is dormant right now, glowing as the feeble radio source Sagittarius A* (abbreviated SgrA*), which is a billion times fainter than it would have been if it was fed as generously as a quasar.

Even though SgrA* is dim right now, we have clues that it must have experienced episodes of vigorous feeding in the past. This is not a surprise, given that a gas cloud approaching the Galactic center or a star passing within ten times the horizon scale of SgrA* (which translates to roughly the Earth-Sun separation), would get spaghettified by the strong gravitational tide there and turn into a stream of gas that triggers a quasar-like flare.

The &ldquosmoking gun&rdquo evidence for recent feeding episodes of SgrA* by massive quantities of gas is that young stars around SgrA* orbit in preferred planes. This implies that these stars formed out of planar gas disks, just like the planets in the Solar system plane or the stars in the Milky Way disk. Since the age of the stars near SgrA* is less than a percent of the age of the Milky Way galaxy, major accretion episodes from disruption of gas clouds must have occurred at least a hundred of times around SgrA*, based on the Copernican principle that the present time is not special. Indeed, a pair of giant blobs of hot gas, called the Fermi bubbles, are observed to emanate from the Galactic center along the rotation axis of the Milky Way, implying a recent accretion episode around SgrA* that could have powered them. Theoretical calculations imply that in addition to disruption of massive gas clouds, individual stars are also scattered into the vicinity of the black hole and get tidally disrupted once every ten thousand years. The intense feeding from the resulting debris streams could lead to the brightest flares from SgrA*. Such tidal disruption events of stars are indeed observed in other galaxies at the expected rate.

Would the resulting flares of SgrA* have any implications for life on Earth? In principle, they could, since they carry damaging X-ray and Ultraviolet (XUV) radiation. In collaboration with my former postdoc, John Forbes, we showed in 2018 that the XUV radiation emitted during such flares has the capacity to evaporate the atmospheres of Mars or Earth if the Solar system had only been ten times closer to the center of the Milky Way. But even at larger distances, the XUV radiation could suppress the growth of complex life, creating an effect similar to stepping on a lawn so frequently that you inhibit its growth.

At the current location of the Sun, terrestrial life is safe from XUV flares of SgrA*. However, recent studies indicate that the birthplace of the Sun may have been significantly closer to the Galactic center and that the Sun migrated to its current location through gravitational kicks. The exposure to past XUV flares from SgrA* at closer distances, could have harmed complex life during the early evolution of the Earth. This might explain why the oxygen level in the Earth&rsquos atmosphere rose to its currently high level only after two billion years, perhaps only after the Earth was sufficiently far away from SgrA*. In collaboration with Manasvi Lingam, I am currently exploring this possible connection between terrestrial life and the migration of the Sun away from the Galactic center.

Traditionally, the Sun was thought to be the only astronomical source of light that affected life on Earth. But it is also possible that the black hole, SgrA* played an important role in shaping the history of terrestrial life. A surprising realization of this sort is similar to figuring out that a stranger might have impacted your family history before you were born. If a link between SgrA* and terrestrial life can be established, then this supermassive black hole might trigger a second Nobel Prize.

ABOUT THE AUTHOR(S)

Avi Loeb is former chair (2011-2020) of the astronomy department at Harvard University, founding director of Harvard's Black Hole Initiative and director of the Institute for Theory and Computation at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. He also chairs the Board on Physics and Astronomy of the National Academies and the advisory board for the Breakthrough Starshot project, and is a member of President's Council of Advisors on Science and Technology. Loeb is the bestselling author of Extraterrestre : le premier signe de vie intelligente au-delà de la Terre (Houghton Mifflin Harcourt).