Les chercheurs Juan A. Fernández-Ontiveros, de l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) à Rome et Teo Muñoz-Darias, de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ont écrit un article dans lequel ils décrivent les différents états d'activité d'un large échantillon de trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Ils les ont classés en utilisant le comportement de leurs « relations » les plus proches, les trous noirs de masse stellaire dans les binaires de rayons X. L'article vient d'être publié dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society ( MNRAS ).

La masse des trous noirs va des objets qui n'ont que quelques fois la masse du soleil à ceux qui ont des milliers de millions de masses solaires. Comprendre leurs cycles d'activité dans une perspective globale fait l'objet de recherches depuis des décennies. Ceux de masse stellaire se trouvent dans des systèmes binaires avec une étoile compagne d'où ils aspirent le gaz dont ils ont besoin pour maintenir leur activité, tandis que la variété supermassive se trouve au centre de la majorité des galaxies et se nourrit du gaz, poussière, et les étoiles qui tombent dans le puits gravitationnel du noyau galactique.

Les trous noirs de masse stellaire évoluent rapidement. Leurs cycles d'activité durent généralement quelques mois ou années, au cours de laquelle ils passent par différents états, ou phases. Celles-ci se caractérisent par des modifications des propriétés de leurs disques d'accrétion (où les gaz chauds s'accumulent avant de tomber dans le trou noir), leurs vents, et les jets de matière qu'ils produisent. Il y a deux états principaux, le premier dominé par le disque d'accrétion, et la seconde par le jet. L'état « mou » est noté par l'émission thermique par le plasma du disque, tandis que le jet est observé à l'état « dur », quand le disque refroidit, et l'émission aux longueurs d'onde radio devient très intense.

Parce qu'ils sont beaucoup plus massifs, les trous noirs supermassifs évoluent beaucoup plus lentement que leurs équivalents de masse stellaire. Donc, montrer la présence d'états et de phénomènes transitoires dans ceux-ci impliquerait de les observer pendant des millions d'années, parce que les changements au cours d'une vie humaine seraient trop petits pour être mesurés. En outre, les noyaux des galaxies sont des régions avec des populations denses d'étoiles, et l'absorption de la lumière par l'hydrogène et la poussière masque et masque le rayonnement du disque d'accrétion autour du trou noir central.

Dans cette étude, Fernández-Ontiveros et Muñoz-Darias ont utilisé un échantillon de 167 galaxies actives pour pouvoir identifier les états d'accrétion possibles des trous noirs supermassifs avec de bonnes statistiques. L'émission du disque d'accrétion ne peut pas être détectée directement, mais le gaz dans la région centrale absorbe et traite le rayonnement sous forme de raies spectrales. En utilisant les lignes de l'oxygène et du néon, qui s'observent dans l'infrarouge moyen, il est possible de tester la présence du disque dans ces objets. "L'étude démontre la présence d'états d'accrétion dans les trous noirs supermassifs, avec des propriétés très similaires à celles que nous connaissons des trous noirs de masse stellaire, où les systèmes à l'état « mous » abritent un disque brillant, et ceux à l'état « dur » montrent une émission radio intense alors que le disque est très faible", explique Juan A. Fernández-Ontiveros, un chercheur INAF formé à l'IAC.

"Ce travail ouvre une nouvelle fenêtre pour comprendre le comportement du matériau (gaz) lorsqu'il tombe dans des trous noirs avec une large gamme de masses, et aide à une compréhension plus précise des cycles d'activité des trous noirs supermassifs qui sont au centre de la plupart des galaxies", ajoute Teo Muñoz-Darias, chercheur à l'IAC.

La figure illustre comment la population de galaxies Seyfert-1 actives est généralement dominée par l'émission du disque d'accrétion (état « doux »), alors que la population de LINER est beaucoup moins lumineuse et dominée par les jets (état 'dur'), qui émettent intensément en ondes radio. Les galaxies Seyfert-2, d'autre part, ne montrent pas un comportement homogène et tandis qu'une bonne partie se comporte de manière similaire au Seyfert-1, un grand groupe d'entre eux sont situés dans des états intermédiaires. Ces derniers sont également observés dans les trous noirs stellaires pendant de courtes périodes.