La « météo » dans les amas de galaxies peut expliquer une énigme de longue date, selon une équipe de chercheurs de l'Université de Cambridge. Les scientifiques ont utilisé des simulations sophistiquées pour montrer comment les jets puissants des trous noirs supermassifs sont perturbés par le mouvement des gaz chauds et des galaxies, empêcher le gaz de refroidir, qui pourraient autrement former des étoiles. L'équipe publie ses travaux dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

Les amas de galaxies typiques ont plusieurs milliers de galaxies membres, qui peut être très différente de notre propre Voie Lactée et varier en taille et en forme. Ces systèmes sont noyés dans un gaz très chaud connu sous le nom de milieu intracluster (ICM), qui vivent tous dans un halo invisible de soi-disant "matière noire".

Un grand nombre de galaxies ont des trous noirs supermassifs en leur centre, et ceux-ci ont souvent des jets de matière à grande vitesse s'étendant sur des milliers d'années-lumière qui peuvent gonfler des lobes très chauds dans l'ICM.

Les chercheurs, basé à l'Institut Kavli de cosmologie et à l'Institut d'astronomie, effectué des simulations de pointe en regardant les lobes du jet dans les moindres détails et les rayons X émis en conséquence. Le modèle capture la naissance et l'évolution cosmologique de l'amas de galaxies, et a permis aux scientifiques d'étudier avec un réalisme sans précédent comment les jets et les lobes qu'ils gonflent interagissent avec un ICM dynamique.

Ils ont découvert que les simulations d'observations aux rayons X de l'amas simulé ont révélé les soi-disant « cavités à rayons X » et « jantes brillantes aux rayons X » générées par des jets supermassifs entraînés par des trous noirs, qui est lui-même déformé par les mouvements de l'amas, ressemblent remarquablement à ceux trouvés dans les observations de vrais amas de galaxies.

Le Dr Martin Bourne de l'Institut d'astronomie de Cambridge a dirigé l'équipe. Il a commenté :« Nous avons développé de nouvelles techniques de calcul, qui exploitent les dernières technologies de calcul haute performance, modéliser pour la première fois les lobes du jet avec plus d'un million d'éléments dans des clusters entièrement réalistes. Cela nous permet de placer au microscope les processus physiques qui conduisent à la libération de l'énergie du jet."

Au fur et à mesure que les galaxies se déplacent dans l'amas, la simulation montre qu'ils créent une sorte de « météo, " en mouvement, déformant et détruisant les lobes de gaz chauds trouvés à l'extrémité des jets de trous noirs. Les lobes du jet sont extrêmement puissants et s'ils sont perturbés, fournir de grandes quantités d'énergie à l'ICM.

L'équipe de Cambridge pense que ce mécanisme de perturbation météorologique des amas peut résoudre un problème persistant :comprendre pourquoi le gaz ICM ne se refroidit pas et ne forme pas d'étoiles au centre de l'amas. Ce casse-tête dit du « flux de refroidissement » tourmente les astrophysiciens depuis plus de 25 ans.

Les simulations effectuées fournissent une nouvelle solution alléchante qui pourrait résoudre ce problème. Le Dr Bourne a commenté :« La combinaison des énormes énergies pompées dans les lobes du jet par le trou noir supermassif et la capacité de la météo en grappe à perturber les lobes et à redistribuer cette énergie à l'ICM fournit un mécanisme simple et pourtant élégant pour résoudre le refroidissement. problème de débit."

Une série de télescopes spatiaux à rayons X de prochaine génération seront lancés en orbite au cours de la prochaine décennie. Ces instruments avancés devraient aider à régler le débat – et si le temps intergalactique arrête vraiment la naissance des étoiles.