Les données de l'observatoire à rayons X XMM-Newton de l'ESA ont révélé comment les trous noirs supermassifs façonnent leurs galaxies hôtes avec des vents puissants qui balaient la matière interstellaire.

Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont analysé huit années d'observations XMM-Newton du trou noir au cœur d'une galaxie active connue sous le nom de PG 1114+445, montrant comment les vents ultrarapides (sorties de gaz émis par le disque d'accrétion très proche du trou noir) interagissent avec la matière interstellaire dans les parties centrales de la galaxie. Ces sorties ont déjà été repérées, mais la nouvelle étude identifie clairement, pour la première fois, trois phases de leur interaction avec la galaxie hôte.

"Ces vents pourraient expliquer certaines corrélations surprenantes que les scientifiques connaissent depuis des années mais ne pourraient pas expliquer, " a déclaré l'auteur principal Roberto Serafinelli de l'Institut national d'astrophysique de Milan, Italie, qui a dirigé la plupart des travaux dans le cadre de son doctorat. à l'Université de Rome Tor Vergata.

"Par exemple, nous voyons une corrélation entre les masses des trous noirs supermassifs et la dispersion des vitesses des étoiles dans les parties internes de leurs galaxies hôtes. Mais il n'y a aucun moyen que cela puisse être dû à l'effet gravitationnel du trou noir. Notre étude montre pour la première fois comment ces vents de trous noirs impactent la galaxie à plus grande échelle, fournissant peut-être le chaînon manquant."

Les astronomes ont précédemment détecté deux types de flux sortants dans les spectres de rayons X émis par les noyaux galactiques actifs, les régions centrales denses des galaxies connues pour contenir des trous noirs supermassifs. Les écoulements dits ultra-rapides (OVNI), fait de gaz hautement ionisé, voyagent à des vitesses allant jusqu'à 40 pour cent de la vitesse de la lumière et sont observables à proximité du trou noir central.

Des sorties plus lentes, appelés absorbeurs de chaleur, voyagent à des vitesses beaucoup plus faibles de centaines de km/s et ont des caractéristiques physiques similaires, telles que la densité des particules et l'ionisation, à la matière interstellaire environnante. Ces sorties plus lentes sont plus susceptibles d'être détectées à de plus grandes distances des centres des galaxies.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques décrivent un troisième type d'écoulement qui combine les caractéristiques des deux précédents :la vitesse d'un OVNI et les propriétés physiques d'un absorbeur chaud.

"Nous pensons que c'est le moment où l'OVNI touche la matière interstellaire et l'emporte comme un chasse-neige, " a déclaré Serafinelli. "Nous appelons cela un 'sortie ultra-rapide entraînée' parce que l'OVNI à ce stade pénètre dans la matière interstellaire. C'est comme les bateaux qui poussent le vent dans la mer."

Cet entraînement se produit à une distance de dizaines à centaines d'années-lumière du trou noir. L'OVNI éloigne progressivement la matière interstellaire des parties centrales de la galaxie, l'éliminant du gaz et ralentissant l'accrétion de matière autour du trou noir supermassif.

Alors que les modèles ont déjà prédit ce type d'interaction, la présente étude est la première à présenter des observations réelles des trois phases.

"Dans les données XMM-Newton, nous pouvons voir du matériel à de plus grandes distances du centre de la galaxie qui n'a pas encore été perturbé par l'OVNI intérieur, " a déclaré le co-auteur Francesco Tombesi de l'Université de Rome Tor Vergata et du Goddard Space Flight Center de la NASA. "Nous pouvons également voir des nuages ​​plus près du trou noir, près du noyau de la galaxie, où l'OVNI a commencé à interagir avec la matière interstellaire."

Cette première interaction se produit de nombreuses années après que l'OVNI ait quitté le trou noir. Mais l'énergie de l'OVNI permet au trou noir relativement petit d'impacter la matière bien au-delà de la portée de sa force gravitationnelle.

Selon les scientifiques, les trous noirs supermassifs transfèrent leur énergie dans le milieu environnant à travers ces sorties et nettoient progressivement les régions centrales de la galaxie du gaz, qui pourrait alors arrêter la formation d'étoiles. En réalité, les galaxies produisent aujourd'hui des étoiles beaucoup moins fréquemment qu'elles ne le faisaient au début de leur évolution.

"C'est la sixième fois que ces sorties sont détectées, " a déclaré Serafinelli. "C'est une science toute nouvelle. Ces phases de sortie ont déjà été observées séparément, mais le lien entre elles n'était pas clair jusqu'à présent."

La résolution énergétique sans précédent de XMM-Newton a été essentielle pour différencier les trois types de caractéristiques correspondant aux trois types d'écoulements. À l'avenir, avec de nouveaux observatoires plus puissants tels que le télescope avancé de l'ESA pour l'astrophysique des hautes énergies, Athéna, les astronomes pourront observer des centaines de milliers de trous noirs supermassifs, détecter plus facilement de telles sorties. Athéna, qui sera plus de 100 fois plus sensible que XMM-Newton, est prévu pour le lancement au début des années 2030.

"Trouver une source, c'est bien, mais savoir que ce phénomène est courant dans l'Univers serait une véritable avancée, " dit Norbert Schartel, Scientifique du projet XMM-Newton à l'ESA. "Même avec XMM-Newton, nous pourrons peut-être trouver d'autres sources de ce type au cours de la prochaine décennie."

More data in the future will help unravel the complex interactions between the supermassive black holes and their host galaxies in detail and explain the decrease in star formation that astronomers observe to have taken place over billions of years.