Figure 1 :Image d'un CHIEN, SAGE1029. Les panneaux de gauche et de droite montrent l'image optique du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), et l'image infrarouge moyen de WISE, respectivement. La taille de l'image est de 30 secondes d'arc carrées (1 seconde d'arc correspond à 1/3600 degrés). Il est clair que les chiens sont faibles dans l'optique, mais sont extrêmement brillants dans l'infrarouge. Le spectre SDSS indique qu'un gaz ionisé puissant s'échappe vers nous de WISE1029. Crédit :Sloan Digital Sky Survey/NASA/JPL-Caltech
En utilisant le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA) pour observer une galaxie active avec un fort écoulement de gaz ionisé du centre galactique, une équipe dirigée par le Dr Yoshiki Toba de l'Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA, Taïwan) a obtenu un résultat qui rend les astronomes encore plus perplexes :l'équipe a clairement détecté du monoxyde de carbone (CO) gazeux associé au disque galactique, pourtant, ils ont également découvert que le gaz CO qui se dépose dans la galaxie n'est pas affecté par le fort flux de gaz ionisé lancé depuis le centre galactique.
Selon un scénario populaire expliquant la formation et l'évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs, le rayonnement des centres galactiques - où se trouvent les trous noirs supermassifs - peut influencer de manière significative le gaz moléculaire (tel que le CO) et les activités de formation d'étoiles des galaxies. Avec un résultat ALMA montrant que le flux de gaz ionisé entraîné par le trou noir supermassif n'affecte pas nécessairement sa galaxie hôte, "il a rendu la co-évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs plus déroutante, " explique Yoshiki, "la prochaine étape consiste à examiner davantage de données sur ce type de galaxies. C'est crucial pour comprendre l'image complète de la formation et de l'évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs."
Répondre à la question « Comment les galaxies se sont-elles formées et ont-elles évolué au cours des 13,8 milliards d'années d'histoire de l'univers ? a été l'un des principaux problèmes de l'astronomie moderne. Des études ont déjà révélé que presque toutes les galaxies massives abritent un trou noir supermassif en leur centre. Dans des découvertes récentes, des études ont en outre révélé que les masses des trous noirs sont étroitement corrélées à celles de leurs galaxies hôtes. Cette corrélation suggère que les trous noirs supermassifs et leurs galaxies hôtes ont évolué ensemble et ont étroitement interagi les uns avec les autres au fur et à mesure de leur croissance, également connu sous le nom de co-évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs.
L'écoulement de gaz entraîné par un trou noir supermassif au centre galactique est récemment devenu le centre d'attention car il joue peut-être un rôle clé dans la co-évolution des galaxies et des trous noirs. Une idée largement acceptée a décrit ce phénomène comme :le fort rayonnement du centre galactique dans lequel se trouve le trou noir supermassif ionise le gaz environnant et affecte même le gaz moléculaire qui est l'ingrédient de la formation des étoiles; le fort rayonnement active ou supprime la formation d'étoiles des galaxies. Cependant, "nous, les astronomes, ne comprenons pas la relation réelle entre l'activité des trous noirs supermassifs et la formation d'étoiles dans les galaxies, " dit Tohru Nagao, Professeur à l'Université d'Ehime. "Par conséquent, de nombreux astronomes, dont nous, sont impatients d'observer la scène réelle de l'interaction entre la sortie nucléaire et les activités de formation d'étoiles, pour avoir révélé le mystère de la co-évolution."
L'équipe s'est concentrée sur un type particulier d'objets appelé Dust-Obscured Galaxy (DOG) qui a une caractéristique importante :bien qu'il soit très faible dans la lumière visible, il est très brillant dans l'infrarouge. (Figure 1).
Les astronomes pensent que les CHIEN abritent des trous noirs supermassifs en croissance active dans leurs noyaux. En particulier, un CHIEN (WISE1029+0501, ci-après WISE1029) est un gaz sortant ionisé par le fort rayonnement de son trou noir supermassif. WISE1029 est connu comme un cas extrême en termes de sortie de gaz ionisé, et ce facteur particulier a motivé les chercheurs à voir ce qui arrive à son gaz moléculaire.
En utilisant la sensibilité exceptionnelle d'ALMA, excellente pour l'étude des propriétés des gaz moléculaires et des activités de formation d'étoiles dans les galaxies, l'équipe a mené ses recherches en observant le CO et la poussière froide de la galaxie WISE1029 (Figure 2). Après une analyse détaillée, étonnamment, ils ont trouvé, il n'y a aucun signe de sortie de gaz moléculaire significative. Par ailleurs, l'activité de formation d'étoiles n'est ni activée ni supprimée. Cela indique qu'un fort écoulement de gaz ionisé lancé depuis le trou noir supermassif dans WISE1029 n'affecte pas de manière significative le gaz moléculaire environnant ni la formation d'étoiles.
Figure 2 :Émission de monoxyde de carbone (à gauche) et de poussière froide (à droite) dans WISE1029 observée par ALMA. La taille de l'image est de 3 secondes d'arc carrées. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Toba et al
De nombreux rapports indiquent que le flux de gaz ionisé entraîné par le pouvoir d'accrétion d'un trou noir supermassif a un impact important sur le gaz moléculaire environnant. Cependant, il est très rare qu'il n'y ait pas d'interaction étroite entre le gaz ionisé et le gaz moléculaire, comme le rapportent les chercheurs cette fois. Yoshiki et le résultat de l'équipe suggèrent que le rayonnement d'un trou noir supermassif n'affecte pas toujours le gaz moléculaire et la formation d'étoiles de sa galaxie hôte.
Figure 3 :Une vue schématique du fait qu'un écoulement de gaz ionisé (vert) entraîné par le trou noir supermassif central n'affecte pas la formation d'étoiles de sa galaxie hôte. Cette situation peut se produire si le gaz ionisé s'écoule perpendiculairement au gaz moléculaire. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO
Alors que leur résultat rend la co-évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs plus déroutante, Yoshiki et son équipe sont enthousiastes à l'idée de révéler l'image complète du scénario. Il dit, "La compréhension d'une telle co-évolution est cruciale pour l'astronomie. En collectant des données statistiques sur ce type de galaxies et en poursuivant davantage d'observations de suivi à l'aide d'ALMA, nous espérons révéler la vérité."
Ces résultats d'observation ont été publiés dans Toba et al. "Aucun signe de forte sortie de gaz moléculaire dans une galaxie obscurcie par la poussière lumineuse infrarouge avec une forte sortie de gaz ionisé" dans le Journal d'astrophysique en décembre 2017.
