Une équipe de recherche internationale dirigée par Takuma Izumi, professeur adjoint à l’Observatoire astronomique countrywide du Japon, a observé en haute résolution (environ 1 année-lumière) le noyau galactique actif de la galaxie Circinus, l’une des galaxies majeures les moreover proches de la Galaxie Lactée. Chemin. L’observation a été rendue probable grâce à l’observatoire astronomique Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) au Chili.
Cette percée marque la première mesure quantitative au monde à cette échelle des flux de gaz et de leurs buildings d’un trou noir supermassif proche dans toutes les phases gazeuses, y compris plasmatique, atomique et moléculaire. Une telle haute résolution a permis à l’équipe de capturer le flux d’accrétion se dirigeant vers le trou noir supermassif, révélant que ce flux d’accrétion est généré par un mécanisme physique connu sous le nom d’« instabilité gravitationnelle ». En outre, l’équipe a également constaté qu’une partie importante de ce flux d’accrétion ne contribue pas à la croissance du trou noir. Au lieu de cela, la majeure partie du gaz est expulsée du voisinage du trou noir sous forme d’écoulements atomiques ou moléculaires, et retourne vers le disque de gaz pour participer à nouveau à un flux d’accrétion vers le trou noir, un peu comme la façon dont l’eau est recyclée dans une fontaine à eau. Ces découvertes représentent une avancée cruciale vers une meilleure compréhension des mécanismes de croissance des trous noirs supermassifs.
Ces résultats d’observation ont été publiés dans Science le 2 novembre 2023.
Des « trous noirs supermassifs », dont la masse dépasse un million de fois celle du Soleil, existent au centre de nombreuses galaxies. Mais les astronomes réfléchissent depuis longtemps aux mécanismes responsables de leur formation. Un mécanisme proposé, décrit dans des recherches antérieures, suggère que le gaz s’accumule sur le trou noir lorsqu’il gravite vers le centre de la galaxie hôte.
À mesure que le gaz s’approche des trous noirs supermassifs, l’intense attraction gravitationnelle du trou noir provoque une accélération du gaz. L’augmentation de la friction entre les particules de gaz qui en résulte conduit le gaz à chauffer jusqu’à des températures pouvant atteindre plusieurs hundreds of thousands de degrés et entraîne l’émission d’une lumière brillante. Connu sous le nom de noyau galactique actif (AGN), sa luminosité peut parfois dépasser la lumière combinée de toutes les étoiles de la galaxie. Il est intéressant de noter qu’une partie du gaz qui tombe vers le trou noir (flux d’accrétion) serait emportée par l’immense énergie de ce noyau galactique actif, entraînant des écoulements.
Des études théoriques et observationnelles antérieures ont fourni des informations détaillées sur les mécanismes d’accrétion de gaz depuis l’échelle de 100 000 années-lumière jusqu’à une échelle de quelques centaines d’années-lumière au centre. Cependant, l’accrétion de gaz se produit à quelques dizaines d’années-lumière du centre galactique. Cette échelle spatiale limitée a entravé une meilleure compréhension du processus d’accrétion. Par exemple, pour comprendre quantitativement la croissance des trous noirs, il est nécessaire de mesurer le débit d’accrétion (la quantité de gaz entrant) et de déterminer les quantités et les forms de gaz (plasma, gaz atomique, gaz moléculaire) qui sont expulsés. comme des sorties à cette petite échelle. Malheureusement, la compréhension observationnelle n’a pas progressé de manière significative jusqu’à présent.
« Les observations de gaz multiphasiques peuvent fournir une compréhension additionally complète et moreover approfondie de la distribution et de la dynamique de la matière autour d’un trou noir et notre observation marque la as well as haute résolution jamais atteinte pour les observations de gaz multiphasiques dans un noyau galactique actif », souligne Izumi.
Izumi et ses collègues ont initialement capturé, pour la première fois, le flux d’accrétion se dirigeant vers le trou noir supermassif au sein du disque de gaz à haute densité qui s’étend sur plusieurs années-lumière du centre galactique. L’identification de ce flux d’accrétion a longtemps été un défi en raison de la petite échelle de la région et des mouvements complexes de gaz à proximité du centre galactique. Cependant, l’équipe de recherche a identifié l’endroit où le gaz moléculaire au premier system absorbait la lumière du noyau galactique actif brillant en arrière-approach. Une analyse détaillée a révélé que ce matériau absorbant s’éloigne de la Terre. Comme le matériau absorbant réside systématiquement entre le noyau galactique actif et la Terre, cela indique que l’équipe a réussi à capturer le flux d’accrétion se dirigeant vers le noyau galactique actif.
L’étude a également élucidé le mécanisme physique responsable de l’induction de cette accumulation de gaz. Le disque de gaz observé présentait une pressure gravitationnelle si importante qu’elle ne pouvait pas être maintenue par la pression calculée à partir du mouvement du disque de gaz. Lorsque cette condition se produit, le disque de gaz s’effondre sous son propre poids, formant des constructions complexes et perdant sa capacité à maintenir un mouvement stable au centre galactique. Par conséquent, le gaz tombe rapidement vers le trou noir central, un phénomène connu sous le nom d’« instabilité gravitationnelle » au cœur de la galaxie.
En outre, l’étude a fait progresser la compréhension quantitative des flux de gaz autour du noyau galactique actif. En considérant la densité du gaz observé et la vitesse du flux d’accrétion, les chercheurs ont pu calculer la vitesse à laquelle le gaz est fourni au trou noir. Étonnamment, ce taux s’est avéré 30 fois supérieur à ce qui est nécessaire pour maintenir le noyau galactique actif. En d’autres termes, la majorité du flux d’accrétion à l’échelle d’une année-lumière autour du centre galactique ne contribuait pas à la croissance du trou noir.
Alors, où est passé ce surplus de gaz ? Des observations à haute sensibilité de toutes les phases gazeuses avec ALMA ont détecté des écoulements sortant du noyau galactique actif. L’analyse quantitative a révélé que la majorité du gaz circulant vers le trou noir était expulsé sous forme d’écoulements atomiques ou moléculaires. Cependant, en raison de leur vitesse lente, ils n’ont pas pu échapper à l’attraction gravitationnelle du trou noir et sont finalement retournés vers le disque de gaz. Là, ils ont été recyclés dans un flux d’accrétion vers le trou noir, complétant ainsi un fascinant processus de recyclage des gaz au centre galactique.
Réfléchissant sur les réalisations, Takuma Izumi répète : « Détecter les flux et les sorties d’accrétion dans une région située à seulement quelques années-lumière autour du trou noir supermassif en croissance active, en particulier dans un gaz multiphasique, et même déchiffrer le mécanisme d’accrétion lui-même, sont des réalisations monumentales dans le quête pour en révéler davantage sur les trous noirs supermassifs. En se tournant vers l’avenir, il poursuit : « Pour acquérir une compréhension globale de la croissance des trous noirs supermassifs au cours de l’histoire cosmique, il est essentiel d’étudier différents kinds de trous noirs supermassifs situés plus loin de nous. et des observations à haute sensibilité, et nous avons de grandes attentes quant à l’utilisation carry on d’ALMA, ainsi qu’aux grands interféromètres radio de la prochaine génération.
