Cette image simulée par ordinateur montre un trou noir supermassif au cœur d'une galaxie. La région noire au centre représente l'horizon des événements du trou noir, où aucune lumière ne peut échapper à l'emprise gravitationnelle de l'objet massif. La puissante gravité du trou noir déforme l'espace autour de lui comme un miroir funhouse. La lumière des étoiles d'arrière-plan est étirée et maculée lorsque les étoiles frôlent le trou noir. Crédit :NASA, ESA, et D. Coe, J. Anderson, et R. van der Marel (STScI)
Des chercheurs du RIKEN et de la JAXA ont utilisé les observations de l'observatoire radio ALMA situé dans le nord du Chili et géré par un consortium international comprenant l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) pour mesurer, pour la première fois, la force des champs magnétiques près de deux trous noirs supermassifs au centre d'un type important de galaxies actives. Étonnamment, les forces des champs magnétiques ne semblent pas suffisantes pour alimenter les "coronae, " des nuages de plasma surchauffé qui sont observés autour des trous noirs au centre de ces galaxies.
On sait depuis longtemps que les trous noirs supermassifs qui se trouvent au centre des galaxies, dépassant parfois leurs galaxies hôtes, ont des couronnes de plasma surchauffé autour d'eux, semblable à la couronne autour du Soleil. Pour les trous noirs, ces couronnes peuvent être chauffées à une température phénoménale d'un milliard de degrés Celsius. On a longtemps supposé que, comme celui du Soleil, les couronnes étaient chauffées par les énergies du champ magnétique. Cependant, ces champs magnétiques n'avaient jamais été mesurés autour des trous noirs, laissant une incertitude quant au mécanisme exact.
Dans un article de 2014, le groupe de recherche a prédit que les électrons du plasma entourant les trous noirs émettraient un type spécial de lumière, connu sous le nom de rayonnement synchrotron, car ils existent avec les forces magnétiques dans les couronnes. Spécifiquement, ce rayonnement serait dans la bande radio, c'est-à-dire des ondes électromagnétiques de grande longueur d'onde et de basse fréquence. Et le groupe s'est mis à mesurer ces champs.
Ils ont décidé d'examiner les données de deux « à proximité, " en termes astronomiques, noyaux galactiques actifs :IC 4329A, qui est à environ 200 millions d'années-lumière, et NGC 985, qui se trouve à environ 580 millions d'années-lumière. Ils ont commencé par effectuer des mesures à l'aide de l'observatoire ALMA au Chili, puis les a comparées aux observations de deux autres radiotélescopes :l'observatoire VLA aux États-Unis et l'observatoire ATCA en Australie, qui mesurent des bandes de fréquences légèrement différentes. L'équipe a constaté qu'il y avait effectivement un excès d'émission radio provenant du rayonnement synchrotron, en plus des émissions des « jets » rejetés par les trous noirs.
A travers les observations, l'équipe a déduit que les couronnes avaient une taille d'environ 40 rayons de Schwarzschild, le rayon d'un trou noir d'où même la lumière ne peut s'échapper, et une force d'environ 10 gauss, un chiffre qui est un peu plus que le champ magnétique à la surface de la Terre mais un peu moins que celui donné par un aimant de réfrigérateur typique.
"La surprise, " dit Yoshiyuki Inoue, l'auteur principal de l'article, publié dans le Journal d'astrophysique , "est-ce que bien que nous ayons confirmé l'émission de rayonnement synchrotron radio de la couronne dans les deux objets, il s'avère que le champ magnétique que nous avons mesuré est beaucoup trop faible pour pouvoir entraîner le chauffage intense des couronnes autour de ces trous noirs." Il note également que le même phénomène a été observé dans les deux galaxies, ce qui implique qu'il pourrait s'agir d'un phénomène général.
En regardant vers l'avenir, Inoue dit que le groupe envisage de rechercher des signes de puissants rayons gamma qui devraient accompagner les émissions radio, pour mieux comprendre ce qui se passe dans l'environnement à proximité des trous noirs supermassifs.
