Les plus gros jets expulsés d’un trou noir jamais observés à ce jour

Gargantuesque. C’est le mot choisi par les astrophysiciens américains et européens pour décrire leur plus récente découverte : une paire de jets de plasma s’échappant d’un trou noir sur une longueur de 23 millions d’années-lumière.

À titre de comparaison, leur longueur commune équivaut à aligner les unes après les autres 140 galaxies d’un diamètre similaire à la Voie lactée.

Il s’agit, sans surprise, des jets les plus longs observés à ce jour s’échappant d’un trou noir.

La Voie Lactée correspondrait à un petit point de ces deux éruptions géantes, note Martijn Oei, astrophysicien associé à Institut de technologie de Californie (CALTECH) et auteur principal de la découverte décrite dans la revue Nature (Nouvelle fenêtre) (En anglais).

Selon ses découvreurs, le mégastructure de jets nommé Porphyrion – du nom du géant de la mythologie grecque – date d’une époque où l’Univers avait 6,3 milliards d’années, soit la moitié de son âge actuel de 13,8 milliards d’années.

Ces travaux sont importants, puisqu’ils nous renseignent sur l’histoire de l’Univers, mais aussi sur la façon dont les galaxies se forment et évoluent au fil du temps. Et ils représentent une surprise, car la plupart des galaxies actives sont observées dans l’Univers proche.» précise Marine Prunier, doctorante en astrophysique à l’Université de Montréal, qui n’a pas participé aux travaux.

Il existe des galaxies extrêmement anciennes qui possédaient déjà des trous noirs supermassifs au début de l’Univers. Et des très gros. C’est très mystérieux !

Plus d’observations

Le système à jets Porphyrion a été découvert lors d’une étude du ciel réalisée avec le radiotélescope européen LOFAR (LOw Frequency ARray), qui a révélé jusqu’à présent plus de 10 000 mégastructures faiblement visibles.

Des centaines de grands systèmes à réaction avaient été détectés avant les observations de PROMESSESmais ceux-ci étaient en moyenne beaucoup plus petits que les milliers de systèmes découverts grâce au radiotélescope.

Avant cette découverte, le plus grand système à réaction détecté était Alcyonea, également nommé d’après un géant de la mythologie grecque. Ce système découvert en 2022 par la même équipe s’étend sur l’équivalent d’une centaine de galaxies de la taille de la Voie lactée.

A titre de comparaison, le grand système de jets Centaurus A, le plus proche de la Terre, s’étend sur une dizaine de galaxies d’un diamètre équivalent à la Voie lactée.

Structures mystérieuses

Bien que les scientifiques ne sachent toujours pas avec certitude comment les trous noirs supermassifs sont créés, la fusion d’autres types de trous noirs pourrait en être l’origine.

Le phénomène des jets n’est pas non plus très bien compris, mais on a quand même quelques indicesremarque Marine Prunier.

Il faut savoir qu’un trou noir accumule la matière et les gaz présents dans son environnement. Ces deux éléments finissent par tourner autour de lui et créent ce qu’on appelle un disque d’accrétion qui s’échauffe et émet de la lumière.

On pense que la rotation de ce disque d’accrétion crée de puissants champs magnétiques qui finissent par créer des jets perpendiculaires.résume Marine Prunier.

Apparemment, le trou noir à l’origine du duo de jets se trouve dans un endroit très dense où seules quelques galaxies tournent autour les unes des autres.

Mais généralement, les trous noirs avec des jets sont observés dans des amas de galaxies beaucoup plus grands, et où se trouvent plusieurs milliers de galaxies en orbite les unes avec les autres dans un environnement moins dense.

Effets sur la toile cosmique

Les auteurs de ces travaux estiment que les galaxies et leurs trous noirs centraux évoluent ensemble. Et les jets émettraient d’énormes quantités d’énergie qui affecteraient la croissance de leurs galaxies hôtes et d’autres galaxies proches.

De plus, la découverte du duo céleste gargantuesque suggère que les systèmes à jets géants pourraient avoir eu une plus grande influence sur la formation des galaxies dans le jeune Univers qu’on ne le pensait auparavant.

Ce qui est particulièrement intéressant dans ces travaux, c’est qu’ils montrent l’effet significatif de ces jets sur la toile cosmique. L’activité d’un seul trou noir pourrait donc avoir des effets à très grande échelle, affectant peut-être l’évolution même de l’Univers.notes Marine Prunier.

Les auteurs de l’ouvrage expliquent que Porphyrion existait à une époque où les filaments qui relient et alimentent les galaxies, connus sous le nom de toile cosmique, étaient plus rapprochés qu’ils ne le sont aujourd’hui.

Cela signifie probablement que les jets gigantesques couvraient une plus grande partie de la toile cosmique que les jets actuels observés depuis l’Univers local.

Le doctorant explique que les jets émis par les trous noirs chauffent l’environnement galactique qui les entoure, ce qui empêche la création de nouvelles étoiles. Les galaxies qui ont des trous noirs avec des jets sont plus anciennes et forment généralement peu d’étoiles. Ils disent qu’ils meurent un peudit Marine Prunier.

Si nous avions un jet comme celui-ci au centre de notre Voie Lactée, une galaxie spirale qui forme de nombreuses étoiles, il accélérerait certainement son vieillissement vers une galaxie plus elliptique.note le doctorant.

Mais comme rien n’est simple, un phénomène de jet plus local pourrait conduire à la création d’étoiles à son extrémité en comprimant le gaz et en créant des nuages ​​qui, en s’effondrant sur eux-mêmes, formeraient des étoiles.

Une hypothèse à affiner

De plus, les observations effectuées à l’aide de l’observatoire WM Keck montrent que Porphyrion émerge de ce que l’on appelle un trou noir actif en mode radiatif, par opposition à un trou noir en mode jet.

Il faut savoir que lorsque les trous noirs supermassifs s’activent – ​​lorsque leurs forces gravitationnelles agissent sur la matière environnante et la chauffent – ​​ils émettent de l’énergie sous forme de rayonnement ou de jets.

Les chercheurs ont estimé que les trous noirs en mode radiatif étaient plus fréquents dans l’Univers jeune, tandis que les trous noirs en mode jet seraient plus fréquents dans l’Univers actuel.

Cependant, le fait que Porphyrion provienne d’un trou noir en mode radiatif surprend également les astronomes, qui ne savaient pas que ce mode pouvait produire des jets aussi énormes et puissants.

De plus, comme Porphyrion se trouve dans le jeune Univers où abondent les trous noirs en mode radiatif, cette découverte implique qu’il pourrait y avoir encore beaucoup plus de jets colossaux à découvrir.

Nous ne voyons peut-être que la pointe de l’icebergindique Martijn Oups.

Notre étude réalisée avec PROMESSES ne couvrait que 15% du ciel. Et comme la plupart de ces jets géants sont probablement difficiles à repérer, nous pensons qu’il y en a beaucoup plus dans le ciel.

Quoi qu’il en soit, les astrophysiciens ne comprennent toujours pas comment les jets peuvent s’étendre si loin au-delà de leurs galaxies hôtes sans être déstabilisés.

Dans de futurs travaux, les auteurs souhaitent mieux comprendre comment ces mégastructures influencent leur environnement.

Ils veulent tenter de déterminer dans quelle mesure les jets géants propagent le magnétisme.

Le magnétisme présent sur notre planète permet à la vie de se développer, c’est pourquoi nous souhaitons comprendre comment elle est apparue.

Nous savons que le magnétisme imprègne la toile cosmique, puis se fraie un chemin dans les galaxies et les étoiles, et enfin sur les planètes, mais la question est de savoir où il commence. Ces jets géants ont-ils répandu le magnétisme dans tout le cosmos ? se demande-t-il.

La toute première image directe d’une éjection de matière provenant d’un trou noir a été obtenue en novembre 2022.