Les vents des trous noirs pourraient priver les galaxies géantes de leurs futures étoiles
Des astronomes semblent se rapprocher de la résolution d’un mystère de longue date concernant les plus grandes galaxies de l’univers. Les observations de la mission X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) fournissent de nouvelles preuves que les trous noirs supermassifs pourraient empêcher ces galaxies géantes de former autant d’étoiles que prévu.
Actuellement, les modèles estiment que les galaxies les plus massives devraient contenir plus de masse stellaire que ce que les astronomes observent réellement. Ce manque suggère qu’un processus pourrait inhiber la formation d’étoiles. Xin « Cindy » Xiang, doctorante à l’Université du Michigan, a utilisé les données de XRISM pour explorer une explication principale et a trouvé des preuves pointant directement vers les trous noirs.
Les trous noirs sont souvent décrits comme des objets dont la gravité est si forte qu’aucune lumière ne peut s’en échapper une fois qu’elle franchit une certaine limite. Cependant, ils peuvent également créer des régions extrêmement brillantes autour d’eux. À me que le gaz et la poussière spiralent vers l’intérieur, ils forment un disque d’accrétion qui émet d’énormes quantités d’énergie, y compris des rayons X puissants.
Les vents des trous noirs et la formation d’étoiles
Les disques d’accrétion représentent certains des environnements les plus énergétiques de l’univers. Le matériel tombant vers le trou noir est chauffé par la gravité et la friction jusqu’à devenir un plasma extrêmement chaud. Simultanément, le disque peut lancer des flux de matière puissants. Ces vents peuvent être suffisamment forts pour balayer le gaz d’une galaxie. Comme le gaz est le matériau brut nécessaire à la formation de nouvelles étoiles, de tels flux pourraient réduire de manière significative la formation d’étoiles futures.
Les données de XRISM soutiennent cette hypothèse. La mission est dirigée par l’Agence d’exploration aérospatiale japonaise en partenariat avec la NASA et l’Agence spatiale européenne.
« Auparavant, sans XRISM, nous ne pouvions voir que les grandes caractéristiques des flux, » a déclaré Xiang. « Mais il est nécessaire de résoudre des caractéristiques fines pour répondre à des questions importantes. Quelle est leur structure et leur géométrie ? Comment les vents sont-ils lancés et quand le sont-ils ? »
XRISM offre une vue plus précise
Lancée en 2023, XRISM a commencé ses observations scientifiques à l’automne 2024. Sa résolution énergétique est environ dix fois meilleure que celle de son prédécesseur, permettant aux astronomes d’examiner les environnements des trous noirs avec un bien plus grand détail.
Xiang et ses collaborateurs se sont concentrés sur NGC 4151, une galaxie brillante située à un peu plus de 50 millions d’années-lumière de la Terre. Au centre se trouve un noyau galactique actif (AGN) où un trou noir supermassif consomme activement du matériel et génère un disque d’accrétion lumineux. NGC 4151 constitue ainsi un laboratoire idéal pour étudier les flux entraînés par les trous noirs.
Lors de la 248ème réunion de l’American Astronomical Society à Pasadena, Californie, Xiang a présenté une nouvelle méthode pour déterminer quand les vents puissants de NGC 4151 sont actifs. Cette approche pourrait aider les chercheurs à identifier des flux similaires dans d’autres galaxies et à améliorer la compréhension des AGN à travers l’univers.
L’analyse a révélé un schéma surprenant. Dans NGC 4151, les vents les plus puissants apparaissaient lorsque les rayons X étaient durs mais relativement faibles. Les flux les plus rapides ne se produisaient pas pendant les éclats de rayons X eux-mêmes, mais apparaissaient typiquement environ 10 000 secondes, soit un peu moins de trois heures plus tard. Cette découverte établit la première connexion temporelle directe entre l’activité des rayons X et les vents puissants émanant du disque d’accrétion du trou noir.
En identifiant quand ces flux se produisent, les astronomes disposent désormais d’un nouvel outil précieux pour étudier comment les trous noirs influencent la croissance et l’évolution des galaxies, et possiblement pourquoi certaines des plus grandes galaxies de l’univers manquent de nombreuses étoiles.
Source : Observations de la mission XRISM.
