Une galaxie avec au moins un trou noir supermassif actif – nommé OJ 287 – a causé de nombreuses irritations et questions dans le passé. Le rayonnement émis par cet objet couvre une large gamme - de la radio jusqu'aux énergies les plus élevées dans le régime TeV. La périodicité potentielle de l'émission optique variable a fait de cette galaxie un candidat pour héberger un trou noir binaire supermassif en son centre. L'objet a ainsi été étiqueté pierre de Rosette de noyaux galactiques actifs exprimant l'espoir que cet objet puisse être un objet prototypique et une fois déchiffré, pourrait expliquer les propriétés fondamentales des trous noirs actifs en général. Aujourd'hui, une équipe internationale d'astronomes dirigée par des chercheurs de Max Planck a découvert que le noyau galactique actif d'OJ 287 génère un jet précessant en douceur sur une échelle de temps d'environ 22 ans. La précession du jet observée pourrait également expliquer la variabilité du rayonnement de la galaxie. Cette détection résout de nombreuses énigmes à la fois et fournit une clé pour comprendre la variabilité des noyaux galactiques actifs.

Les résultats sont publiés dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (21 juin 2018).

Il a fallu beaucoup de temps pour déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens, les inscriptions des pyramides. Il a finalement réussi avec l'aide de la soi-disant pierre de Rosette trouvée en 1799. Cette stèle a été inscrite avec trois versions du même texte - une en égyptien ancien utilisant l'écriture hiéroglyphique, un en écriture démotique, et celle du bas en grec ancien. Sachant qu'il s'agit du même texte, les hiéroglyphes énigmatiques pouvaient être déchiffrés et traduits à l'aide de la langue grecque antique. Cette découverte a ouvert une toute nouvelle fenêtre pour comprendre la culture égyptienne antique. Une équipe de recherche a maintenant déchiffré le jet d'une galaxie qui a été nommée la pierre de Rosette des blazars. Les blazars sont des noyaux galactiques actifs où un trou noir supermassif central est alimenté.

La galaxie bien connue OJ 287 à une distance d'environ 3,5 milliards d'années-lumière abrite au moins un trou noir supermassif pesant des millions à des milliards de masses solaires. Le trou noir supermassif est actif et produit un jet - un flux de plasma qui prend naissance dans la région nucléaire centrale des galaxies à proximité du trou noir central. Ce jet est observable aux longueurs d'onde radio. La galaxie est également une cible bien connue des astronomes optiques. Les fluctuations de luminosité de cette galaxie dans le régime optique sont légendaires et ont été observées depuis la fin du 19ème siècle, fournissant l'une des plus longues courbes de lumière en astronomie.

Cependant, malgré des décennies d'observations radio de nombreuses sources de jets et de nombreuses études sophistiquées, les jets restaient énigmatiques. Traditionnellement, l'origine des variations de luminosité des jets observées aux longueurs d'onde radio a été attribuée au mécanisme d'alimentation des jets par le système de trou noir central. D'autre part, les caractéristiques mobiles observées dans les jets, appelées nœuds, ont été attribuées à des chocs se déplaçant dans le jet. Les chercheurs ont cherché un lien entre les deux phénomènes, mais cela n'a pas pu être fait de manière cohérente jusqu'à présent.

L'équipe de recherche dirigée par Silke Britzen de l'Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR) de Bonn a utilisé une technique d'observation intelligente pour surveiller le jet d'OJ 287 près de son site de lancement près du trou noir central dans des détails précieux. La technique de l'interférométrie radio implique des radiotélescopes autour du globe afin de construire un télescope virtuel monstre de diamètre de la taille de la Terre capable de zoomer au centre même des galaxies et d'observer des jets proches du trou noir central avec une résolution sans précédent.

En considérant un grand ensemble de données couvrant une longue période de temps, l'équipe a maintenant trouvé une forte indication que les deux phénomènes ont la même origine :les deux types d'observations peuvent être expliqués uniquement par le mouvement du jet. Le jet lui-même est en train de précéder. Michal Zajacek, également du MPIfR, qui a fait la modélisation du modèle de précession :« Les variations de luminosité résultent de la précession du jet qui induit une variation du boosting Doppler lorsque l'angle de vision du jet change. C'était vraiment surprenant quand nous avons découvert que non seulement le jet précess , il semble également suivre un mouvement de nutation plus petit. Le mouvement combiné de précession-nutation conduit à la variabilité radio et peut également expliquer certaines des éruptions lumineuses. »

"Nous avons réalisé que c'est le même processus physique qui explique à la fois l'errance du jet dans le ciel et les variations de luminosité de la galaxie, c'est-à-dire le changement de mouvement du jet. Tout est géométrique et déterministe. Aucune magie impliquée, jusque là", ajoute Silke Britzen. "Cela offre une opportunité unique de comprendre les jets et leur origine potentielle à proximité immédiate du trou noir. Ce jet nous sert vraiment de pierre de Rosette et permettra de comprendre les jets et leurs trous noirs actifs beaucoup plus fondamentalement."

Britzen et son équipe sont convaincus que le scénario de précession peut également expliquer les 130 ans de torchage optique de cette source mais, comme toujours, plus de données et plus de travail est nécessaire pour une confirmation finale.

Une question pressante demeure quant à l'origine de la précession des jets. La précession est un processus physique bien connu des toupies ou de la Terre elle-même. L'axe de rotation de notre planète n'est pas stable mais en orbite dans l'espace avec une période de 26, 000 ans en raison de l'influence des marées du Soleil et de la Lune. Pour la précession du jet dans OJ 287, l'équipe a indiqué deux scénarios possibles. "Nous avons soit un système de deux trous noirs supermassifs avec le jet d'éjection de disque forcé de vaciller par les effets de marée du trou noir secondaire, soit un seul trou noir qui interagit avec un disque d'accrétion mal aligné." conclut Christian Fendt du Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) à Heidelberg.

Dans les deux cas, le jet de la galaxie active OJ 287 est l'un des jets les mieux compris à ce jour et sera certainement utilisé pour déchiffrer également d'autres jets extragalactiques. Cela pourrait même aider à élucider davantage l'activité énigmatique des trous noirs supermassifs.