En règle générale, s'il y a un phénomène déroutant se produisant quelque part au plus profond de l'espace, un trou noir en est souvent le coupable.

C'est selon le chercheur postdoctoral Vaidehi Paliya au département de physique et d'astronomie, dont la publication de janvier 2018 dans Les lettres du journal astrophysique détaille la découverte de sept galaxies qui pourraient potentiellement bouleverser ce que les astrophysiciens pensaient savoir sur la façon dont la taille d'une galaxie - et le trou noir en son centre - peuvent affecter son comportement.

Il a été largement admis que seules les galaxies massives contiennent suffisamment d'énergie pour devenir des blazars, qui sont de prodigieux jets de rayonnement assez puissants pour s'étendre sur des milliers d'années-lumière. Mais les dernières recherches de Paliya pourraient indiquer que les petites galaxies peuvent également le faire, si les conditions sont réunies.

Il existe trois principaux types de galaxies :les elliptiques de forme ovale, des spirales en forme de disque et des irrégulières qui ne correspondent pas tout à fait à l'une ou l'autre des anciennes classes.

"Les galaxies elliptiques sont les plus anciennes, galaxies les plus massives de l'univers, " a déclaré Paliya. " Les gens proposent que les galaxies elliptiques se forment lorsque deux galaxies plus petites entrent en collision, fusionnant dans un grand elliptique. Typiquement, Les elliptiques abritent un trou noir qui est plus d'un milliard de fois la masse de notre soleil."

Par leur inhérente, force gravitationnelle incontournable, les trous noirs au centre des galaxies grossiront en attirant et en « mangeant » la matière environnante par un processus appelé accrétion.

"C'est comme quand tu verses de l'eau dans l'évier de la cuisine, vous voyez qu'il forme une spirale, puis il descend à l'égout. D'une manière similaire, la matière forme un disque d'accrétion autour du trou noir, " a déclaré Paliya. " Le trou noir se développe alors rapidement et devient un monstre. "

Mais lorsque le disque d'accrétion entourant le trou noir commence à émettre des rafales d'énergie extrêmes - en radio, bandes infrarouges ou rayons X - la galaxie est dite « active, " ouvrant la porte à un autre classificateur de galaxies au-delà de la forme.

"Les Blazars sont un type de galaxie active, " a déclaré Marco Ajello, professeur de physique et d'astronomie et conseiller de Paliya. "Ce sont des galaxies qui hébergent un trou noir supermassif, et ce trou noir - d'une certaine manière - est capable d'accélérer des particules à près de la vitesse de la lumière et de les maintenir collimatées dans des faisceaux étroits, appelés jets, qui deviennent des sources de lumière très brillantes lorsqu'elles sont dirigées vers nous.

Ces jets sont parmi les sources les plus extrêmes de rayonnement gamma dans l'espace.

"Ces blazars ont des jets qui sont comme des fontaines. Si vous vouliez une immense fontaine, vous auriez besoin d'un moteur très puissant à la base. Les blazars doivent avoir des trous noirs très massifs en leur centre pour pouvoir lancer des jets, " dit Paliya. " En général, nous ne nous attendons pas à ce que ces jets puissants proviennent de sources petites, comme notre galaxie."

La Voie lactée est une galaxie spirale avec des bras en forme de moulinet composés de gaz et de poussière qui contiennent un centre lumineux d'étoiles plus anciennes. Typiquement, les galaxies spirales sont moins massives et beaucoup moins actives que leurs homologues elliptiques.

Lorsque le télescope spatial Fermi à rayons gamma, lancé en 2008 par la NASA, a détecté l'émission de rayons gamma de quatre galaxies spirales au cours de sa première année d'orbite, les physiciens étaient perplexes.

"C'était inattendu - nous n'avons vu que ce genre d'émission de rayons gamma des blazars, " a déclaré Dieter Hartmann, professeur de physique et d'astronomie et co-auteur de l'étude. « Lorsque ces quatre sources ont été découvertes, les gens ont spéculé qu'ils pourraient être des blazars. Mais comme il y avait si peu de sources, personne n'en était certain. Puis la question est devenue :s'agit-il vraiment d'un nouveau type de source, ou ne sont-ils que des exceptions à la norme ?"

La question est restée en suspens, jusqu'à ce que les collaborateurs de Paliya en Inde publient un catalogue de galaxies spirales actives en 2017. Connues sous le nom de galaxies de Seyfert, il s'agit d'un autre type de galaxie active avec des trous noirs de masse relativement faible résidant en leur centre. Cependant, plutôt que d'émettre de violentes rafales de rayons gamma, comme des blazars, Les galaxies de Seyfert sont connues pour leurs fortes émissions ultraviolettes.

Le catalogue a fourni la première chance aux astrophysiciens d'aborder la question de la découverte du télescope Fermi en 2008. Est-il possible pour une galaxie spirale d'émettre un rayonnement gamma projeté ?

"J'ai pris ce catalogue de 11, 101 galaxies Seyfert, et je les ai étudiés dans la bande gamma en utilisant les données du Large Area Telescope à bord du satellite Fermi, " dit Paliya. " A partir de là, J'ai trouvé quatre nouvelles sources de rayons gamma et trois qui étaient auparavant connues sous le nom de blazars, mais nous pensons qu'il s'agit en fait de galaxies Seyfert."

Cette percée est une indication que même des sources plus petites sont capables de lancer de puissants jets de rayons gamma - un changement de paradigme potentiel dans le domaine de l'astrophysique.

"Si le jet est semblable à celui des blazars, mais son trou noir est petit, vous pouvez l'imaginer comme une voiture. Supposons qu'une voiture plus petite roule à la même vitesse qu'une autre voiture dotée d'un moteur beaucoup plus gros. Le moteur de la plus petite voiture devrait alors être beaucoup plus efficace, " dit Ajello. " Alors, il se pourrait que le trou noir fonctionne plus efficacement dans les plus petits, systèmes en spirale que dans les objets plus gros comme les blazars."

Pour comprendre la nature elliptique/spirale des galaxies hôtes de ces sept sources de rayons gamma détectées, Ajello et Paliya ont l'intention d'obtenir des images profondes avec la résolution la plus élevée - un défi pour les télescopes optiques au sol en raison des effets de flou de l'atmosphère.

"Le pouvoir de collecte de lumière d'un télescope est proportionnel au carré de son diamètre. Cela signifie qu'avec de plus grands télescopes, nous pouvons collecter beaucoup plus de photons. Plus de photons signifie plus d'informations, " a déclaré Paliya.

Le Gran Telescopio Canarias, ou le "Grand télescope des Canaries, " est un télescope à réflexion de 10,4 mètres qui a commencé à recueillir des observations en 2007. Détenant actuellement le titre de " plus grand télescope optique à ouverture unique du monde, " le Gran Telescopio Canarias devrait être dépassé au cours de la prochaine décennie avec le dévoilement du télescope de trente mètres (TMT). Une fois terminé, Le TMT aura un miroir primaire de 30 mètres et permettra aux chercheurs de voir l'espace extra-atmosphérique avec une clarté sans précédent - au moins 10 fois mieux que le télescope spatial Hubble.

Ajello et Paliya ont l'intention d'utiliser le télescope spatial Hubble, et des installations potentiellement à venir comme TMT, à regarder au-delà des centres brillants des sept sources qu'ils ont découvertes pour distinguer avec certitude si les galaxies sont elliptiques ou spirales.

« S'il s'agit d'un vélo elliptique, alors c'est vrai que nous regardons juste un blazar normal. C'est probablement un petit trou elliptique et un petit trou noir, " dit Ajello. " Mais si c'est une spirale, alors les jets peuvent se produire dans n'importe quel environnement qui est un trou noir, dans certaines conditions retrouvées."

"Il est d'une grande importance de mieux comprendre les environnements des trous noirs super-massifs capables de lancer des jets dans lesquels l'accélération des particules a lieu dans des conditions astrophysiques extrêmes, " ajouta Hartmann.

Paliya a également l'intention d'étudier si les différences observées dans les rayons gamma se traduisent à travers le spectre électromagnétique.

"C'est une question d'optique, " a dit Paliya. " Comment se comportent les blazars, dire, fréquences radio ? Puis, comment ces Seyfert se comparent-ils ? Cette découverte a indiqué que oui, quelque chose de différent se produit."

Les chercheurs ont déclaré que de telles découvertes sont importantes pour nous aider à comprendre l'évolution de l'univers. Ces découvertes pourraient représenter certaines des pièces manquantes du puzzle de la façon dont les galaxies et les trous noirs se sont développés ensemble à travers l'histoire.