La galaxie Seyfert 1, TXS 2116-077, (vu à droite) entre en collision avec une autre galaxie en forme de spirale de masse similaire, créant un jet relativiste au centre du TXS. Les deux galaxies ont des noyaux galactiques actifs (AGN). Crédit :Vaidehi Paliya
Une équipe de chercheurs du Clemson University College of Science, en collaboration avec des collègues internationaux, a rapporté la première détection définitive d'un jet relativiste émergeant de deux galaxies en collision - en substance, la première preuve photographique que la fusion de galaxies peut produire des jets de particules chargées qui se déplacent presque à la vitesse de la lumière.
Par ailleurs, les scientifiques avaient déjà découvert que ces jets pouvaient être trouvés dans des galaxies de forme elliptique, qui peut se former lors de la fusion de deux galaxies spirales. Maintenant, ils ont une image montrant la formation d'un jet de deux plus jeunes, galaxies en forme de spirale.
"Pour la première fois, nous avons trouvé deux galaxies en forme de spirale ou de disque sur le chemin d'une collision qui ont produit un naissant, baby jet qui vient de commencer sa vie au centre d'une des galaxies, " a déclaré Vaidehi Paliya, un ancien chercheur post-doctoral de Clemson et auteur principal des résultats rapportés dans le Journal d'astrophysique le 7 avril 2020.
L'article s'intitule "TXS 2116-077 :un jet relativiste émettant des rayons gamma hébergé dans une fusion de galaxies". En plus de Paliya, qui est maintenant au Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) en Allemagne, les autres auteurs de Clemson incluent le professeur agrégé Marco Ajello, professeur Dieter Hartmann, et professeur adjoint Stefano Marchesi du département de physique et d'astronomie.
Le fait que le jet soit si jeune a permis aux chercheurs de voir clairement son hôte.
Selon Ajello, d'autres ont déjà imagé plusieurs fois des collisions galactiques. Mais lui et ses collègues sont les premiers à capturer deux galaxies fusionnant là où il y a un jet entièrement formé pointant vers nous, bien que, un très jeune, et donc pas encore assez brillant pour nous aveugler.
"Typiquement, un jet émet une lumière si puissante que nous ne pouvons pas voir la galaxie derrière lui, " a déclaré Marchesi. "C'est comme essayer de regarder un objet et que quelqu'un pointe une lampe de poche lumineuse dans vos yeux. Tout ce que vous pouvez voir, c'est la lampe de poche. Ce jet est moins puissant, afin que nous puissions réellement voir la galaxie où elle est née."
Les jets sont les phénomènes astrophysiques les plus puissants de l'univers. Ils peuvent émettre plus d'énergie dans l'univers en une seconde que notre soleil n'en produira pendant toute sa durée de vie. Cette énergie est sous forme de rayonnement, telles que les ondes radio intenses, rayons X, et les rayons gamma.
(De droite à gauche) Les professeurs d'astrophysique de l'Université Clemson Dieter Hartmann et Marco Ajello et l'ancien chercheur post-doctoral Vaidehi Paliya faisaient partie de l'équipe internationale qui a signalé la première détection définitive d'un jet relativiste émergeant de deux galaxies en collision. Pas sur la photo :Stefano Marchesi, professeur adjoint d'astrophysique à Clemson. Crédit :Clemson College of Science/Pete Martin
"Les jets sont les meilleurs accélérateurs de l'univers, bien meilleurs que les super collisionneurs que nous avons sur Terre, " dit Hartmann, se référant aux accélérateurs utilisés dans les études de physique des hautes énergies.
On pensait que les jets étaient nés de plus vieux, galaxies de forme elliptique à noyau galactique actif (AGN), qui est un trou noir super-massif qui réside en son centre. Comme point de référence, les scientifiques pensent que toutes les galaxies ont des trous noirs super-massifs situés au centre, mais tous ne sont pas des AGN. Par exemple, Le trou noir massif de notre Voie lactée est en sommeil.
Les scientifiques pensent que les AGN grossissent en aspirant gravitationnellement du gaz et de la poussière via un processus appelé accrétion. Mais toute cette matière ne s'accumule pas dans le trou noir. Certaines particules s'accélèrent et sont projetées vers l'extérieur en faisceaux étroits sous forme de jets.
"Il est difficile de déloger le gaz de la galaxie et de le faire atteindre son centre, " expliqua Ajello. " Il faut quelque chose pour secouer un peu la galaxie pour que le gaz y arrive. La fusion ou la collision de galaxies est le moyen le plus simple de déplacer le gaz, et si suffisamment de gaz se déplace, alors le trou noir super-massif deviendra extrêmement brillant et pourrait potentiellement développer un jet."
Ajello pense que l'image de l'équipe a capturé les deux galaxies, une galaxie Seyfert 1 connue sous le nom de TXS 2116-077 et une autre galaxie de masse similaire, car ils se heurtaient pour la deuxième fois à cause de la quantité de gaz visible sur l'image.
"Finalement, tout le gaz sera expulsé dans l'espace, et sans gaz, une galaxie ne peut plus former d'étoiles, " dit Ajello. " Sans essence, le trou noir s'éteindra et la galaxie restera en sommeil."
Dans des milliards d'années, notre propre Voie Lactée fusionnera avec la galaxie voisine d'Andromède.
"Les scientifiques ont effectué des simulations numériques détaillées et ont prédit que cet événement pourrait finalement conduire à la formation d'une galaxie elliptique géante, " dit Paliya. " En fonction des conditions physiques, il peut héberger un jet relativiste, mais c'est dans un futur lointain."
L'équipe a capturé l'image à l'aide de l'un des plus grands télescopes terrestres au monde, le télescope optique infrarouge Subaru de 8,2 mètres situé au sommet d'une montagne à Hawaï. Ils ont effectué des observations ultérieures avec le Gran Telescopio Canarias et le télescope William Herschel sur l'île de La Palma au large des côtes espagnoles, ainsi qu'avec le télescope spatial Chandra X-Ray Observatory de la NASA.
