L'existence d'un grand nombre de molécules dans les vents alimentés par des trous noirs supermassifs au centre des galaxies a intrigué les astronomes depuis leur découverte il y a plus de dix ans. Les molécules tracent les parties les plus froides de l'espace, et les trous noirs sont les phénomènes les plus énergétiques de l'univers, ainsi, trouver des molécules dans les vents des trous noirs était comme découvrir de la glace dans une fournaise.

Les astronomes se sont demandé comment quelque chose pouvait survivre à la chaleur des flux énergétiques, mais une nouvelle théorie de chercheurs du Centre de recherche interdisciplinaire et d'exploration en astrophysique de l'Université Northwestern (CIERA) prédit que ces molécules ne sont pas du tout des survivants, mais de toutes nouvelles molécules, nés dans les vents avec des propriétés uniques qui leur permettent de s'adapter et de prospérer dans l'environnement hostile.

La théorie, publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , est l'œuvre du boursier postdoctoral Lindheimer Alexander Richings, qui a développé le code informatique qui, pour la première fois, modélisé les processus chimiques détaillés qui se produisent dans le gaz interstellaire accéléré par le rayonnement émis lors de la croissance des trous noirs supermassifs. Claude-André Faucher-Giguère, qui étudie la formation et l'évolution des galaxies en tant que professeur adjoint au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern, est co-auteur.

"Quand un vent de trou noir balaie le gaz de sa galaxie hôte, le gaz est chauffé à haute température, qui détruisent toutes les molécules existantes, " a déclaré Richings. " En modélisant la chimie moléculaire dans des simulations informatiques des vents des trous noirs, nous avons découvert que ce gaz balayé peut par la suite se refroidir et former de nouvelles molécules. »

Cette théorie répond aux questions soulevées par les observations précédentes faites avec plusieurs observatoires astronomiques de pointe, dont l'observatoire spatial Herschel et l'Atacama Large Millimeter Array, un puissant radiotélescope situé au Chili.

En 2015, les astronomes ont confirmé l'existence de sorties énergétiques des trous noirs supermassifs trouvés au centre de la plupart des galaxies. Ces sorties tuent tout sur leur passage, expulsant la nourriture - ou les molécules - qui alimentent la formation des étoiles. Ces vents sont également présumés responsables de l'existence de galaxies elliptiques "rouges et mortes", dans lequel aucune nouvelle étoile ne peut se former.

Puis, en 2017, les astronomes ont observé de nouvelles étoiles se déplaçant rapidement se former dans les vents - un phénomène qu'ils pensaient impossible étant donné les conditions extrêmes dans les sorties alimentées par les trous noirs.

De nouvelles étoiles se forment à partir de gaz moléculaire, Ainsi, la nouvelle théorie de la formation des molécules de Richings et Faucher-Giguère aide à expliquer la formation de nouvelles étoiles dans les vents. Il confirme les prédictions précédentes selon lesquelles les vents des trous noirs détruisent les molécules lors de la première collision, mais prédit également que de nouvelles molécules - y compris l'hydrogène, le monoxyde de carbone et l'eau - peuvent se former dans les vents eux-mêmes.

"C'est la première fois que le processus de formation des molécules est simulé en détail, et à notre avis, c'est une explication très convaincante pour l'observation que les molécules sont omniprésentes dans les vents de trous noirs supermassifs, qui a été l'un des problèmes majeurs en suspens dans le domaine, ", a déclaré Faucher-Giguère.

Richings et Faucher-Giguère prédisent que les nouvelles molécules formées dans les vents sont plus chaudes et plus brillantes dans le rayonnement infrarouge par rapport aux molécules préexistantes. Cette théorie sera mise à l'épreuve lorsque la NASA lancera le télescope spatial James Webb au printemps 2019. Si la théorie est correcte, le télescope sera capable de cartographier en détail les sorties de trous noirs en utilisant le rayonnement infrarouge.