Une structure inconnue dans une galaxie révélée

Une structure inconnue dans une galaxie révélée

Grâce à une plage dynamique d’imagerie élevée, une équipe d’astronomes japonais a découvert pour la première fois une faible émission radio couvrant une galaxie géante avec un trou noir énergétique en son centre. L’émission radio provient du gaz créé directement par le trou noir central. L’équipe espère comprendre comment un trou noir interagit avec sa galaxie hôte en appliquant la même technique à d’autres quasars.

3C273, qui se trouve à une distance de 2,4 milliards d’années-lumière de la Terre, est un quasar. Un quasar est le noyau d’une galaxie censée abriter en son centre un trou noir massif qui avale la matière environnante en émettant d’énormes radiations. Contrairement à son nom insipide, 3C273 est le premier quasar jamais découvert, le plus brillant et le mieux étudié. C’est l’une des sources les plus fréquemment observées par les télescopes, car elle peut servir d’étalon de position dans le ciel : en d’autres termes, 3C273 est un phare radio.

Lorsque vous voyez le phare d’une voiture, sa luminosité éblouissante vous empêche de voir les environs plus sombres. La même chose se produit avec les télescopes lorsque vous observez des objets brillants. La plage dynamique est le contraste entre les tons les plus brillants et les plus sombres d’une image. Il faut une plage dynamique élevée pour révéler les parties brillantes et sombres dans une seule prise de vue d’un télescope. L’ALMA peut régulièrement atteindre des gammes dynamiques d’imagerie allant jusqu’à environ 100, mais les caméras numériques disponibles dans le commerce ont généralement une gamme dynamique de plusieurs milliers. Les radiotélescopes ne sont pas très performants pour voir les objets présentant un contraste important.

3C273 est connu depuis des décennies comme le quasar le plus célèbre, mais les connaissances se sont concentrées sur ses noyaux centraux brillants, d’où proviennent la plupart des ondes radio. Cependant, on en savait beaucoup moins sur sa galaxie hôte elle-même, car la combinaison de la galaxie faible et diffuse avec le noyau de 3C273 nécessitait des plages dynamiques tellement élevées pour être détectée. L’équipe de recherche a utilisé une technique appelée auto-calibrage pour réduire la fuite des ondes radio de 3C273 vers la galaxie, qui a utilisé 3C273 elle-même pour corriger les effets des fluctuations atmosphériques de la Terre sur le système du télescope. Ils ont atteint une gamme dynamique d’imagerie de 85000, un record ALMA pour les objets extragalactiques.

Quasar 3C273 observé par le télescope spatial Hubble (HST) (à gauche). La luminosité excessive résulte des fuites radiales de lumière créées par la lumière diffusée par le télescope. En bas à droite, on voit un jet à haute énergie libéré par le gaz autour du trou noir central. | Image radio de 3C273 observée par ALMA, montrant l’émission radio faible et étendue (en couleur bleu-blanc) autour du noyau (à droite). La source centrale brillante a été soustraite de l’image. Le même jet que sur l’image de gauche est visible en orange. Crédit : Komugi et al, NASA/ESA Télescope spatial Hubble.

Grâce à une plage dynamique d’imagerie très élevée, l’équipe a découvert une faible émission radio s’étendant sur des dizaines de milliers d’années-lumière au-dessus de la galaxie hôte de 3C273. L’émission radio autour des quasars suggère généralement une émission synchrotron, qui provient d’événements hautement énergétiques tels que des rafales de formation d’étoiles ou des jets ultra-rapides émanant du noyau central. Un jet synchrotron existe également dans 3C273, visible dans la partie inférieure droite des images. Une caractéristique essentielle de l’émission synchrotron est que sa luminosité change avec la fréquence, mais la faible émission radio découverte par l’équipe avait une luminosité constante indépendamment de la fréquence radio. Après avoir envisagé d’autres mécanismes, l’équipe a découvert que cette émission radio faible et étendue provenait de l’hydrogène gazeux de la galaxie énergisé directement par le noyau de 3C273. C’est la première fois que des ondes radio provenant d’un tel mécanisme s’étendent sur des dizaines de milliers d’années-lumière dans la galaxie hôte d’un quasar. Les astronomes avaient négligé ce phénomène pendant des décennies dans ce phare cosmique emblématique.

Pourquoi cette découverte est-elle si importante ? L’un des grands mystères de l’astronomie galactique est de savoir si l’énergie provenant du noyau d’un quasar peut être suffisamment forte pour empêcher la galaxie de former des étoiles. La faible émission radio pourrait aider à le résoudre. L’hydrogène gazeux est un ingrédient essentiel à la création d’étoiles, mais si une lumière si intense brille sur lui que le gaz est désassemblé (ionisé), aucune étoile ne peut naître. Pour étudier si ce processus se produit autour des quasars, les astronomes ont utilisé la lumière optique émise par le gaz ionisé. Le problème avec la lumière optique est que la poussière cosmique absorbe la lumière sur le chemin du télescope, il est donc difficile de savoir quelle quantité de lumière le gaz émet.

De plus, le mécanisme responsable de l’émission de la lumière optique est complexe, ce qui oblige les astronomes à faire beaucoup d’hypothèses. Les ondes radio découvertes dans cette étude proviennent du même gaz grâce à des processus simples et ne sont pas absorbées par la poussière. L’utilisation des ondes radio facilite la mesure du gaz ionisé créé par le noyau de 3C273. Dans cette étude, les astronomes ont découvert qu’au moins 7 % de la lumière de 3C273 était absorbée par le gaz de la galaxie hôte, créant ainsi un gaz ionisé représentant 10 à 100 milliards de fois la masse du soleil. Cependant, 3C273 avait beaucoup de gaz juste avant la formation des étoiles, donc dans l’ensemble, il ne semblait pas que la formation d’étoiles ait été fortement supprimée par le noyau.

« Cette découverte offre une nouvelle voie pour étudier des problèmes précédemment abordés à l’aide d’observations par lumière optique », explique Shinya Komugi, professeur associé à l’université Kogakuin et auteur principal de l’étude publiée dans The Astrophysical Journal. « En appliquant la même technique à d’autres quasars, nous espérons comprendre comment une galaxie évolue grâce à son interaction avec le noyau central. »

Sources: Phys.org, Astro Univers

En savoir plus sur Vincent Deroy

Depuis août 2012, je fouille sur le web à la recherche des cas paranormaux les plus étranges pour le site www.paranormalqc.com dont je suis le Rédacteur en chef. Handicapé de naissance, j'ai aussi été secrétaire-trésorier du musée de mon village pendant 6 ans et demi.

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