Au cours des deux dernières décennies, les astronomes ont conclu que la plupart, sinon tout, les galaxies hébergent des trous noirs massifs en leurs centres et les masses d'un trou noir et de sa galaxie hôte sont corrélées. Mais comment les deux sont-ils liés ? Maintenant, un étudiant de l'Université d'Hawaï à Mānoa Institute for Astronomy (IfA) participant au programme Research Experiences for Undergraduates (REU) de la National Science Foundation (NSF), peut avoir révélé une partie de la réponse.

Rebecca Minsley, premier cycle, participé au programme REU 2019 de l'IfA, travailler pendant 10 semaines avec son mentor, Maunakea Spectroscopic Explorer Scientifique adjointe du projet Andreea Petric. Tamisant méticuleusement des centaines d'images de galaxies, Minsley a commencé à définir une image plus claire de l'évolution des galaxies. "La croissance d'une galaxie peut être façonnée par des interactions avec d'autres galaxies, ce qui contribue aux trous noirs supermassifs (SMBH) qui se développent au centre de la galaxie, " expliqua Minsley.

Gaz et poussière entre les étoiles, appelé milieu interstellaire (ISM), est le carburant à la fois de la croissance de SMBH et de la formation de nouvelles étoiles. Mais des travaux récents montrent que l'ISM peut avoir des propriétés différentes - en particulier étant plus chaud - dans les galaxies qui hébergent un trou noir supermassif en croissance dans leurs noyaux, par rapport aux galaxies qui ne le font pas. Un gaz plus chaud est moins susceptible de s'effondrer en de nouvelles étoiles, cette découverte peut donc suggérer qu'un SMBH central croissant diminue la capacité d'une galaxie à fabriquer de nouvelles étoiles.

Qu'est-ce qui pourrait être responsable du chauffage de l'ISM? Lumière des étoiles, surtout des étoiles chaudes, peut le faire. Mais les interactions entre galaxies - lorsqu'elles entrent en collision ou même se rapprochent les unes des autres - peuvent produire des ondes de choc à grande échelle qui compriment un gaz moins dense, ce qui la rend plus susceptible de former des étoiles. Minsley a étudié les formes de 630 galaxies à l'aide d'images du relevé Pan-STARRS. Elle a classé les galaxies en fusions, les premières fusions, et les non-fusions. Et ensuite comparé les formes à la sortie de lumière des mêmes galaxies à des longueurs d'onde plus longues dans l'infrarouge moyen, où elle a pu étudier les propriétés de l'ISM.

"Lorsque les galaxies se rapprochent suffisamment, elles traversent une sorte de danse galactique jusqu'à ce qu'elles finissent par fusionner en une entité singulière. Ces interactions ont des signatures bien documentées qui m'ont permis de catégoriser notre ensemble de galaxies, " a déclaré Minsley. " Ce projet m'a permis de mieux comprendre la complexité et l'enchevêtrement de tous les processus qui se déroulent à l'intérieur des galaxies et les recherches en cours pour déconstruire les systèmes galactiques sont fascinantes. "

Minsley et ses collaborateurs ont découvert que dans les galaxies avec des trous noirs actifs, l'ISM est plus chaud, les rapports du gaz moléculaire chaud aux autres liquides de refroidissement sont plus importants, et d'autres caractéristiques des particules de poussière ont une plage de valeurs plus large que dans les galaxies où les trous noirs sont en sommeil.

"Dans l'univers proche, nous constatons que l'ISM chaud des galaxies qui hébergent en leur centre des trous noirs supermassifs en croissance diffère de ceux qui ne le font pas, " explique Petric. " Nous supposons que les mêmes processus qui acheminent le carburant vers le SMBH nous permettent également de détecter le transfert d'énergie vers l'ISM de la galaxie. " Petric ajoute que l'avenir, observations plus détaillées, permettra aux chercheurs de confirmer ces processus de transfert d'énergie.

IfA fait partie du prestigieux programme REU depuis près de 20 ans, former plus de 130 étudiants, dont certains sont aujourd'hui des leaders dans différents domaines de l'astronomie. En raison de cette opportunité unique de travailler à Hawaï avec des installations et des scientifiques de classe mondiale, l'IfA reçoit plus de 500 candidatures chaque trimestre. L'objectif de leur programme REU est d'identifier les étudiants qui ont le potentiel de réussir dans la recherche, mais peut ne pas avoir l'opportunité et les ressources.

Nader Haghighipour, le chercheur principal du programme REU de l'IfA, c'est noté, « Avec nos mentors parmi les leaders mondiaux dans leurs domaines respectifs, nos étudiants REU sont engagés dans des recherches de pointe. Le travail de Rebecca en est un parfait exemple. Nous sommes très fiers de nos étudiants REU, comme la quasi-totalité d'entre eux ont poursuivi leurs études à l'université, et beaucoup d'entre eux ont acquis une reconnaissance nationale."

Au cours du semestre d'automne 2020, Petric et Diana Castaneda, étudiante de premier cycle à l'UH Mānoa, continueront d'étudier l'ISM des galaxies hébergeant certains des SMBH les plus lumineux de l'univers voisin, à l'aide d'un spectromètre à bord de l'avion de l'Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge (SOFIA). Les observations SOFIA permettront à Castaneda et Petric de mieux comprendre les processus par lesquels l'énergie est transférée entre le SMBH en croissance et l'ISM.

Ce travail est publié dans le numéro du 10 mai de la Journal d'astrophysique et est disponible sous forme de préimpression sur ArXiv .