Des chercheurs utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont découvert un vent galactique titanesque entraîné par un trou noir supermassif il y a 13,1 milliards d'années. C'est le premier exemple jamais observé d'un tel vent à ce jour et c'est un signe révélateur que d'énormes trous noirs ont un effet profond sur la croissance des galaxies depuis le tout début de l'histoire de l'univers.

Au centre de nombreuses grandes galaxies se cache un trou noir supermassif qui est des millions à des milliards de fois plus massif que le Soleil. De façon intéressante, la masse du trou noir est à peu près proportionnelle à la masse de la région centrale (renflement) de la galaxie dans l'univers voisin. A première vue, cela peut sembler évident, mais c'est en fait très étrange. La raison en est que les tailles des galaxies et des trous noirs diffèrent d'environ 10 ordres de grandeur. Sur la base de cette relation proportionnelle entre les masses de deux objets de taille si différente, les astronomes pensent que les galaxies et les trous noirs ont grandi et évolué ensemble (coévolution) grâce à une sorte d'interaction physique.

Un vent galactique peut fournir ce type d'interaction physique entre les trous noirs et les galaxies. Un trou noir supermassif avale une grande quantité de matière. Alors que cette matière commence à se déplacer à grande vitesse en raison de la gravité du trou noir, il émet une énergie intense, qui peut pousser la matière environnante vers l'extérieur. C'est ainsi que le vent galactique est créé.

"La question est, quand les vents galactiques sont-ils apparus dans l'univers ?" dit Takuma Izumi, l'auteur principal du document de recherche et chercheur à l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ). « C'est une question importante car elle est liée à un problème important en astronomie :comment les galaxies et les trous noirs supermassifs ont-ils coévolué ? »

L'équipe de recherche a d'abord utilisé le télescope Subaru du NAOJ pour rechercher des trous noirs supermassifs. Grâce à sa capacité d'observation à grand champ, ils ont trouvé plus de 100 galaxies avec des trous noirs supermassifs dans l'univers il y a plus de 13 milliards d'années.

Puis, l'équipe de recherche a utilisé la haute sensibilité d'ALMA pour étudier le mouvement du gaz dans les galaxies hôtes des trous noirs. ALMA a observé une galaxie HSC J124353.93+010038.5 (ci-après J1243+0100), découvert par le télescope Subaru, et capturé les ondes radio émises par la poussière et les ions carbone dans la galaxie.

Une analyse détaillée des données ALMA a révélé qu'il existe un flux de gaz à grande vitesse se déplaçant à 500 km par seconde en J1243+0100. Ce flux de gaz a suffisamment d'énergie pour repousser la matière stellaire dans la galaxie et arrêter l'activité de formation d'étoiles. Le flux de gaz trouvé dans cette étude est vraiment un vent galactique, et c'est le plus ancien exemple observé d'une galaxie avec un vent énorme de taille galactique. Le précédent détenteur du record était une galaxie il y a environ 13 milliards d'années; cette observation repousse donc le début de 100 millions d'années en arrière.

L'équipe a également mesuré le mouvement du gaz silencieux en J1243+0100, et estimé la masse du renflement de la galaxie, en fonction de son équilibre gravitationnel, être environ 30 milliards de fois celle du soleil. La masse du trou noir supermassif de la galaxie, estimé par une autre méthode, était d'environ 1% de cela. Le rapport de masse du renflement au trou noir supermassif dans cette galaxie est presque identique au rapport de masse des trous noirs aux galaxies de l'univers moderne. Cela implique que la coévolution des trous noirs supermassifs et des galaxies se produit depuis moins d'un milliard d'années après la naissance de l'univers.

"Nos observations soutiennent les récentes simulations informatiques de haute précision qui ont prédit que des relations coévolutives étaient en place même il y a environ 13 milliards d'années, " commente Izumi. " Nous prévoyons d'observer un grand nombre de tels objets à l'avenir, et j'espère clarifier si oui ou non la coévolution primordiale vue dans cet objet est une image précise de l'univers général à cette époque."

Ces résultats d'observation sont présentés comme Takuma Izumi et al. "Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Large-scale Feedback and Star Formation in a Low-Luminosity Quasar at z =7,07, " dans le Journal d'astrophysique le 14 juin, 2021.