Image composite de l'amas de galaxies Abell 2597 montrant le flux de gaz semblable à une fontaine alimenté par le trou noir supermassif de la galaxie centrale. Le jaune correspond aux données ALMA du gaz froid. Le rouge représente les données du Very Large Telescope montrant l'hydrogène gazeux chaud dans la même région. Le violet étendu est le chaud étendu, gaz ionisé comme imagé par l'observatoire de rayons X Chandra. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tremblay et al .; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/ALV
A un milliard d'années-lumière de la Terre se trouve l'une des structures les plus massives de l'univers, une galaxie elliptique géante entourée d'un amas tentaculaire d'autres galaxies connues sous le nom d'Abell 2597. Au cœur de la galaxie centrale, un trou noir supermassif alimente l'équivalent cosmique d'une fontaine monumentale, puisant dans de vastes réserves de gaz moléculaire froid et les pulvérisant à nouveau dans un cycle continu.
Les astronomes ont longtemps théorisé que des fontaines comme celle-ci font continuellement recirculer le carburant de formation d'étoiles d'une galaxie. Les nouvelles observations ALMA (Large Millimeter/submillimeter Array) d'Atacama d'Abell 2597 montrent la première preuve claire et convaincante de l'afflux et de la sortie simultanés de gaz entraînés par un trou noir supermassif. Les chercheurs rapportent leurs observations dans le dernier numéro du Journal d'astrophysique .
"Le trou noir supermassif au centre de cette galaxie géante agit comme une 'pompe' mécanique dans une fontaine d'eau, " a dit Grant Tremblay, astrophysicien au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts, et auteur principal de l'article. "C'est l'un des premiers systèmes dans lequel nous trouvons des preuves claires à la fois de l'afflux de gaz moléculaire froid vers le trou noir et de la sortie ou du soulèvement des jets lancés par le trou noir."
Selon les chercheurs, tout ce système fonctionne via une boucle de rétroaction autorégulée. Le matériau en chute fournit de l'énergie à la fontaine lorsqu'elle "se draine" vers le trou noir central, comme l'eau entrant dans la pompe d'une fontaine. Ce gaz entrant provoque alors l'allumage du trou noir avec activité, lançant des jets à grande vitesse de matière surchauffée qui jaillissent de la galaxie. Pendant qu'il voyage, ce matériau pousse des amas et des serpentins de gaz dans le vaste halo de la galaxie, où il finit par pleuvoir sur le trou noir, déclencher à nouveau l'ensemble du processus.
Vue d'artiste d'Abell 2597 montrant le trou noir supermassif central expulsant le froid, gaz moléculaire -- comme la pompe d'une fontaine galactique géante. Crédit :NRAO/AUI/NSF ; D. Berry
Au total, environ trois milliards de masses solaires de gaz moléculaire font partie de cette fontaine, formant une nébuleuse filamenteuse qui s'étend sur les 100 les plus internes, 000 années-lumière de la galaxie.
Dans une étude antérieure des mêmes auteurs publiée dans la revue Nature, les chercheurs ont pu vérifier l'interconnexion entre le trou noir et la fontaine galactique en observant la région sur une gamme de longueurs d'onde, ou des portions du spectre. En étudiant la localisation et le mouvement des molécules de monoxyde de carbone (CO) avec ALMA, qui brillent brillamment dans une lumière de longueur d'onde millimétrique, les chercheurs ont pu mesurer le mouvement du gaz lorsqu'il tombe vers le trou noir.
Les données antérieures du Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) sur le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO ont révélé des températures chaudes, gaz ionisé expulsé de la galaxie, essentiellement le panache de la fontaine. Les nouvelles observations d'ALMA ont trouvé des touffes de froid, gaz moléculaire exactement aux mêmes endroits que le gaz chaud observé dans les observations précédentes.
Image ALMA du gaz moléculaire froid dans l'Abell 2597. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), G. Tremblay et al.
"L'aspect unique ici est une analyse couplée très détaillée de la source à l'aide des données d'ALMA et de l'instrument MUSE. Les deux installations forment une combinaison incroyablement puissante, " a déclaré Tremblay. " ALMA a révélé la distribution et les mouvements des nuages de gaz moléculaire froid, et MUSE a fait de même pour le gaz ionisé chaud."
Les données ALMA et MUSE ont été combinées avec un nouveau observation ultra-profonde de l'amas par l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, révélant la phase chaude de cette fontaine dans des détails exquis, ont noté les chercheurs.
Animation des données MUSE H-alpha montrant les différentes vitesses de matière dans la "fontaine galactique". Crédit :ESO; G. Tremblay et al.
Les observations soutiennent également de manière très convaincante l'hypothèse selon laquelle les nébuleuses moléculaires ionisées chaudes et froides sont identiques, le gaz ionisé chaud n'étant que la "coquille" autour des noyaux moléculaires froids qui tourbillonnent dans cette fontaine à l'échelle de la galaxie.
Cette approche multi-longueurs d'onde offre une image exceptionnellement complète de ce système. "C'est comme observer le nuage de pluie, pluie, et flaque d'eau en même temps, " a noté Tremblay. Bien qu'il ne s'agisse que d'une observation d'une galaxie, les astronomes pensent qu'ils pourraient observer un processus commun aux galaxies et fondamental pour leur évolution.
