Au centre d'une galaxie appelée NGC 1068, un trou noir supermassif se cache dans un épais nuage de poussière et de gaz en forme de beignet. Lorsque les astronomes ont utilisé l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pour étudier ce nuage plus en détail, ils ont fait une découverte inattendue qui pourrait expliquer pourquoi les trous noirs supermassifs se sont développés si rapidement au début de l'Univers.

"Grâce à la résolution spectaculaire d'ALMA, nous avons mesuré le mouvement du gaz dans les orbites internes autour du trou noir, " explique Violette Impellizzeri de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO), travaillant à ALMA au Chili et auteur principal d'un article publié dans le Journal d'astrophysique . "Étonnamment, nous avons trouvé deux disques de gaz tournant dans des directions opposées."

Les trous noirs supermassifs existaient déjà lorsque l'Univers était jeune, un milliard d'années seulement après le Big Bang. Mais comment ces objets extrêmes, dont les masses sont jusqu'à des milliards de fois la masse du Soleil, eu le temps de grandir dans un laps de temps relativement court, est une question en suspens parmi les astronomes. Cette nouvelle découverte d'ALMA pourrait fournir un indice. « Les flux de gaz contrarotatifs sont instables, ce qui signifie que les nuages ​​tombent dans le trou noir plus rapidement que dans un disque avec un seul sens de rotation, " a déclaré Impellizzeri. "Cela pourrait être un moyen par lequel un trou noir peut se développer rapidement."

NGC 1068 (également connue sous le nom de Messier 77) est une galaxie spirale située à environ 47 millions d'années-lumière de la Terre dans la direction de la constellation de Cetus. En son centre se trouve un noyau galactique actif, un trou noir supermassif qui se nourrit activement d'un mince, disque tournant de gaz et de poussière, également connu sous le nom de disque d'accrétion.

Des observations antérieures d'ALMA ont révélé que le trou noir n'engloutit pas seulement de la matière, mais aussi cracher du gaz à des vitesses incroyablement élevées, jusqu'à 500 kilomètres par seconde (plus d'un million de miles par heure). Ce gaz qui est expulsé du disque d'accrétion contribue probablement à cacher la région autour du trou noir aux télescopes optiques.

Impellizzeri et son équipe ont utilisé la capacité supérieure de l'objectif zoom d'ALMA pour observer le gaz moléculaire autour du trou noir. De façon inattendue, ils ont trouvé deux disques de gaz contrarotatifs. Le disque interne s'étend sur 2 à 4 années-lumière et suit la rotation de la galaxie, alors que le disque externe (également connu sous le nom de tore) s'étend sur 4 à 22 années-lumière et tourne dans le sens inverse.

"On ne s'attendait pas à voir ça, parce que le gaz tombant dans un trou noir tournerait normalement autour de lui dans une seule direction, " dit Impellizzeri. " Quelque chose a dû perturber le flux, car il est impossible qu'une partie du disque se mette à tourner vers l'arrière toute seule."

La contre-rotation n'est pas un phénomène inhabituel dans l'espace. "Nous le voyons dans les galaxies, généralement à des milliers d'années-lumière de leurs centres galactiques, " a expliqué le co-auteur Jack Gallimore de l'Université Bucknell à Lewisburg, Pennsylvanie. "La contre-rotation résulte toujours de la collision ou de l'interaction entre deux galaxies. Ce qui rend ce résultat remarquable, c'est que nous le voyons à une échelle beaucoup plus petite, à des dizaines d'années-lumière au lieu de milliers du trou noir central."

Les astronomes pensent que le reflux dans NGC 1068 pourrait être causé par des nuages ​​de gaz qui sont tombés de la galaxie hôte, ou par une petite galaxie passante sur une orbite contrarotative capturée dans le disque.

À l'heure actuelle, le disque externe semble être sur une orbite stable autour du disque interne. "Cela changera lorsque le disque externe commencera à tomber sur le disque interne, ce qui peut arriver après quelques orbites ou quelques centaines de milliers d'années. Les flux de gaz en rotation entreront en collision et deviendront instables, et les disques s'effondreront probablement lors d'un événement lumineux lorsque le gaz moléculaire tombera dans le trou noir. Malheureusement, nous ne serons pas là pour assister au feu d'artifice, " dit Gallimore.