Les sorties de gaz sont des caractéristiques communes des trous noirs supermassifs actifs qui résident au centre des grandes galaxies. Des millions à des milliards de fois la masse du Soleil, ces trous noirs se nourrissent des gros disques de gaz qui tourbillonnent autour d'eux. Parfois les trous noirs mangent trop et font roter un vent ultra-rapide, ou sortie. Ces vents peuvent avoir une forte influence sur la régulation de la croissance de la galaxie hôte en évacuant le gaz environnant et en supprimant la formation d'étoiles.

Les scientifiques ont maintenant fait l'observation la plus détaillée à ce jour d'un tel écoulement, provenant d'une galaxie active nommée IRAS 13224-3809. La température de sortie a changé sur des échelles de temps de moins d'une heure, qui est des centaines de fois plus rapide que jamais auparavant. Les fluctuations rapides de la température de sortie indiquaient que la sortie répondait aux émissions de rayons X du disque d'accrétion, une zone dense de gaz et d'autres matériaux qui entoure le trou noir.

Les nouvelles observations sont publiées dans la revue La nature le 2 mars, 2017.

« Bien que nous ayons déjà vu ces sorties, cette observation était la première fois que nous pouvions voir le lancement des gaz étant lié aux changements de la luminosité des trous noirs, " a déclaré Erin Kara, chercheur postdoctoral en astronomie à l'Université du Maryland et co-auteur de l'étude.

Les scientifiques ont effectué ces mesures à l'aide de deux télescopes spatiaux, Le télescope NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA et le XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne (ESA). Pour capturer la variabilité de ces signaux, les scientifiques ont concentré le XMM-Newton sur le trou noir pendant 17 jours consécutifs, et observé le trou noir avec NuSTAR pendant six jours.

Pour mesurer les températures de ces vents, les scientifiques ont étudié les rayons X provenant du bord du trou noir. Alors qu'ils se dirigent vers la Terre, ces rayons X traversent les sorties. Des éléments tels que le fer ou le magnésium présents dans les flux sortants peuvent absorber des parties spécifiques du spectre des rayons X, créant des « creux » de signature dans le signal de rayons X. En observant ces creux, appelées caractéristiques d'absorption, les astronomes peuvent apprendre quels éléments existent dans le vent.

L'équipe a remarqué que les caractéristiques d'absorption ont disparu et sont réapparues en l'espace de quelques heures. Les chercheurs ont conclu que les rayons X chauffaient les vents à des millions de degrés Celsius, à quel point les vents sont devenus incapables d'absorber plus de rayons X.

Les observations que les sorties semblent être liées aux rayons X, et que les deux sont si variables, fournir des indices possibles pour localiser l'origine exacte des rayons X et des flux sortants.

"Les flux de gaz rayonnant dans les trous noirs sont les plus variables en leurs centres, " Kara dit. " Parce que nous avons vu une variabilité si rapide dans les vents, nous savons que l'émission vient de très près du trou noir lui-même, et parce que nous avons observé que le vent changeait également sur des échelles de temps rapides, ça doit aussi venir de très près du trou noir."

Pour approfondir l'étude de la formation des galaxies et des trous noirs, Chris Reynolds, professeur d'astronomie à l'UMD et co-PI sur le projet, a noté le besoin de données et d'observations plus détaillées.

"Nous devons observer ce trou noir avec de meilleurs et plus de spectromètres, afin que nous puissions obtenir plus de détails sur ces sorties, " a déclaré Reynolds. " Par exemple, nous ne savons pas si l'écoulement est composé d'une ou de plusieurs nappes de gaz. Et nous devons observer sur plusieurs bandes en plus des rayons X, cela nous permettrait de détecter les gaz moléculaires, et des gaz plus froids, qui peuvent être entraînés par ces sorties de haute énergie. Toutes ces informations seront cruciales pour comprendre comment ces sorties sont liées à la formation des galaxies. »