Les astronomes ont utilisé le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation pour créer la première image directe d'un poussiéreux, caractéristique en forme de beignet entourant le trou noir supermassif au cœur de l'une des radiogalaxies les plus puissantes de l'Univers, une caractéristique postulée pour la première fois par les théoriciens il y a près de quatre décennies comme une partie essentielle de tels objets.

Les scientifiques ont étudié Cygnus A, une galaxie à quelque 760 millions d'années-lumière de la Terre. La galaxie abrite un trou noir 2,5 milliards de fois plus massif que le Soleil en son cœur. Alors que la puissante attraction gravitationnelle du trou noir attire les matériaux environnants, il propulse également des jets de matière ultrarapides se déplaçant vers l'extérieur à presque la vitesse de la lumière, produisant des "lobes" spectaculaires d'émission radio lumineuse.

« moteurs centraux » alimentés par un trou noir produisant une émission lumineuse à différentes longueurs d'onde, et les jets s'étendant bien au-delà de la galaxie sont communs à de nombreuses galaxies, mais montrent des propriétés différentes lorsqu'elles sont observées. Ces différences ont conduit à une variété de noms, comme les quasars, blazars, ou galaxies Seyfert. Pour expliquer les différences, les théoriciens ont construit un « modèle unifié » avec un ensemble commun de caractéristiques qui montreraient des propriétés différentes selon l'angle sous lequel ils sont vus.

Le modèle unifié comprend le trou noir central, un disque rotatif de matière tombante entourant le trou noir, et les jets s'élançant vers l'extérieur depuis les pôles du disque. En outre, expliquer pourquoi le même type d'objet est différent lorsqu'il est vu sous des angles différents, un épais, poussiéreux, "Tore" en forme de beignet est inclus, entourant les parties intérieures. Le tore masque certaines caractéristiques lorsqu'il est vu de côté, conduisant à des différences apparentes pour l'observateur, même pour des objets intrinsèquement similaires. Les astronomes appellent génériquement cet ensemble commun de caractéristiques un noyau galactique actif (AGN).

« Le tore est un élément essentiel du phénomène AGN, et des preuves existent pour de telles structures dans les AGN proches de faible luminosité, mais nous n'en avons jamais vu auparavant directement dans une galaxie radio émettrice aussi brillante, " a déclaré Chris Carilli, de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO). "Le tore aide à expliquer pourquoi les objets connus sous des noms différents sont en fait la même chose, juste observé d'un point de vue différent, " il ajouta.

Dans les années 1950, les astronomes ont découvert des objets qui émettaient fortement des ondes radio, mais est apparu comme un point, semblable aux étoiles lointaines, plus tard observé avec des télescopes à lumière visible. En 1963, Maarten Schmidt de Caltech a découvert que l'un de ces objets était extrêmement éloigné, et plus de telles découvertes ont rapidement suivi. Pour expliquer comment ces objets, quasars surnommés, pourrait être si brillant, les théoriciens ont suggéré qu'ils devaient exploiter l'énorme énergie gravitationnelle des trous noirs supermassifs. La combinaison du trou noir, le disque tournant, appelé disque d'accrétion, et les jets étaient appelés le "moteur central" responsable des effusions d'énergie prolifiques des objets.

Le même type de moteur central est également apparu pour expliquer la sortie d'autres types d'objets, y compris les radiogalaxies, blazars, et Seyfert Galaxies. Cependant, chacun a montré un ensemble différent de propriétés. Les théoriciens ont travaillé pour développer un « schéma d'unification » pour expliquer comment la même chose pourrait apparaître différemment. En 1977, l'obscurcissement par la poussière a été suggéré comme un élément de ce schéma. Dans un article de 1982, Robert Antonucci, de l'Université de Californie, Santa Barbara, a présenté un dessin d'un tore opaque - un objet en forme de beignet - entourant le moteur central. A partir de ce moment-là, un tore obscurcissant a été une caractéristique commune de la vue unifiée des astronomes de tous les types de noyaux galactiques actifs.

"Cygnus A est l'exemple le plus proche d'une puissante galaxie émettrice de radio—10 fois plus proche que toute autre avec une émission radio comparable. Cette proximité nous a permis de trouver le tore dans une image VLA haute résolution du noyau de la galaxie, " a déclaré Rick Perley, également de la NRAO. "Faire plus de travail de ce type sur des objets plus faibles et plus éloignés nécessitera presque certainement l'amélioration de l'ordre de grandeur de la sensibilité et de la résolution que le Next Generation Very Large Array (ngVLA) proposé apporterait, " il ajouta.

Les observations VLA ont directement révélé le gaz dans le tore de Cygnus A, qui a un rayon de près de 900 années-lumière. Des modèles de longue date pour le tore suggèrent que la poussière est dans des nuages ​​noyés dans le gaz quelque peu aggloméré.

"C'est vraiment génial de voir enfin des preuves directes de quelque chose que nous avons longtemps supposé devoir être là, " dit Carilli. " Pour déterminer plus précisément la forme et la composition de ce tore, nous devons faire d'autres observations. Par exemple, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) peut observer aux longueurs d'onde qui révéleront directement la poussière, " il ajouta.

Carilli et Perley, avec leurs collègues Vivek Dhawan, également de la NRAO, et Daniel Perley de l'Université John Moores de Liverpool au Royaume-Uni, découvert le tore lors de la suite de leur découverte surprenante en 2016 d'un nouveau, objet brillant près du centre de Cygnus A. Ce nouvel objet, ils ont dit, est très probablement un deuxième trou noir supermassif qui n'a rencontré que récemment un nouveau matériau qu'il pourrait dévorer, l'amenant à produire une émission lumineuse de la même manière que le trou noir central. L'existence du deuxième trou noir, ils ont dit, suggère que Cygnus A a fusionné avec une autre galaxie dans un passé astronomiquement récent.

Cygne A, ainsi nommé car c'est l'objet radio-émetteur le plus puissant de la constellation du Cygne, a été découvert en 1946 par le physicien et radioastronome anglais J.S. Hey. Il était associé à une lumière visible, galaxie géante par Walter Baade et Rudolf Minkowski en 1951. Elle est devenue une cible précoce pour le VLA peu après son achèvement au début des années 1980. Detailed VLA images of Cygnus A published in 1984 produced major advances in astronomers' understanding of such galaxies.

The scientists are reporting their findings in the Lettres de revues astrophysiques .