Des trous noirs supermassifs existent au centre de la plupart des galaxies, et notre Voie Lactée ne fait pas exception. Mais de nombreuses autres galaxies ont des trous noirs très actifs, ce qui signifie que beaucoup de matériel y tombe, émettant un rayonnement de haute énergie dans ce processus "d'alimentation". Le trou noir central de la Voie lactée, d'autre part, est relativement calme. De nouvelles observations de l'Observatoire stratosphérique de la NASA pour l'astronomie infrarouge, SOFIA, aident les scientifiques à comprendre les différences entre les trous noirs actifs et silencieux.

Ces résultats donnent des informations inédites sur le fort champ magnétique au centre de la Voie lactée. Les scientifiques ont utilisé le dernier instrument de SOFIA, la caméra large bande aéroportée haute résolution, HAWC+, pour faire ces mesures.

Les champs magnétiques sont des forces invisibles qui influencent les trajets des particules chargées, et ont des effets significatifs sur les mouvements et l'évolution de la matière dans l'univers. Mais les champs magnétiques ne peuvent pas être imagés directement, leur rôle n'est donc pas bien compris. L'instrument HAWC+ détecte la lumière infrarouge lointaine polarisée émise par les grains de poussière céleste, qui est invisible aux yeux humains. Ces grains s'alignent perpendiculairement aux champs magnétiques. A partir des résultats SOFIA, les astronomes peuvent cartographier la forme et déduire la force du champ magnétique autrement invisible, aider à visualiser cette force fondamentale de la nature.

"C'est l'un des premiers cas où nous pouvons vraiment voir comment les champs magnétiques et la matière interstellaire interagissent les uns avec les autres, " a noté Joan Schmelz, Astrophysicien du Centre de recherche spatiale des universités au Centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie, et un co-auteur d'un article décrivant les observations. "HAWC+ change la donne."

Des observations antérieures de SOFIA montrent l'anneau incliné de gaz et de poussière en orbite autour du trou noir de la Voie lactée, qui s'appelle Sagittaire A* (prononcé "Sagittaire A-étoile"). Mais les nouvelles données HAWC+ offrent une vue unique du champ magnétique dans cette zone, qui semble retracer l'histoire de la région au cours des 100 dernières, 000 ans.

Les détails de ces observations de champ magnétique SOFIA ont été présentés lors de la réunion de juin 2019 de l'American Astronomical Society et seront soumis au Journal d'astrophysique .

La gravité du trou noir domine la dynamique du centre de la Voie lactée, mais le rôle du champ magnétique a été un mystère. Les nouvelles observations avec HAWC+ révèlent que le champ magnétique est suffisamment fort pour contraindre les mouvements turbulents du gaz. Si le champ magnétique canalise le gaz pour qu'il s'écoule dans le trou noir lui-même, le trou noir est actif, car il consomme beaucoup de gaz. Cependant, si le champ magnétique canalise le gaz pour qu'il s'écoule en orbite autour du trou noir, alors le trou noir est silencieux car il n'ingère aucun gaz qui, autrement, formerait de nouvelles étoiles.

Les chercheurs ont combiné les images infrarouges moyen et lointain des caméras de SOFIA avec de nouvelles lignes de courant qui visualisent la direction du champ magnétique. La structure bleue en forme de Y (voir figure) est un matériau chaud tombant vers le trou noir, qui est situé près de l'intersection des deux bras de la forme en Y. La superposition de la structure du champ magnétique sur l'image révèle que le champ magnétique suit la forme de la structure poussiéreuse. Chacun des bras bleus a sa propre composante de champ qui est totalement distincte du reste de l'anneau, représenté en rose. Mais il y a aussi des endroits où le champ s'éloigne des principales structures de poussière, tels que les extrémités supérieure et inférieure de l'anneau.

"La forme en spirale du champ magnétique canalise le gaz dans une orbite autour du trou noir, " a déclaré Darren Dowell, un scientifique du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, chercheur principal pour l'instrument HAWC+, et auteur principal de l'étude. "Cela pourrait expliquer pourquoi notre trou noir est silencieux alors que d'autres sont actifs."

Les nouvelles observations SOFIA et HAWC+ permettent de déterminer comment la matière dans l'environnement extrême d'un trou noir supermassif interagit avec elle, y compris répondre à une question de longue date de savoir pourquoi le trou noir central de la Voie lactée est relativement faible alors que ceux d'autres galaxies sont si brillants.