Un scientifique de l'Université de Clemson s'est associé à une équipe internationale d'astronomes pour identifier les émissions périodiques de rayons gamma de 11 galaxies actives, ouvrant la voie à de futures études sur les galaxies non conventionnelles qui pourraient abriter deux trous noirs supermassifs en leur centre.

Parmi les astronomes, il est bien établi depuis longtemps que la plupart des galaxies hébergent un trou noir en leur centre. Mais les galaxies hébergeant une paire de trous noirs sont restées théoriques.

Les résultats des recherches de l'équipe ont été publiés dans Le Journal d'Astrophysique le 19 juin, 2020 dans un article intitulé "Recherche systématique de la périodicité des rayons gamma dans les noyaux galactiques actifs détectés par le Fermi Large Area Telescope".

"En général, les trous noirs supermassifs sont caractérisés par des masses de plus d'un million de masses de celle de notre soleil, " a déclaré Pablo Peñil, auteur principal de l'étude et titulaire d'un doctorat. étudiant à l'Université Complutense de Madrid en Espagne. "Certains de ces trous noirs supermassifs, connus sous le nom de noyaux galactiques actifs (AGN) ont été trouvés pour accélérer les particules à près de la vitesse de la lumière dans des faisceaux collimatés appelés jets. L'émission de ces jets est détectée dans tout le spectre électromagnétique, mais la plupart de leur énergie est libérée sous forme de rayons gamma."

Rayons gamma, qui sont la forme la plus extrême de la lumière, sont détectés par le télescope à grande surface à bord du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA. Les AGN se caractérisent par des variations brusques et imprévisibles de la luminosité.

« Identifier des modèles réguliers dans leur émission de rayons gamma, c'est comme regarder la mer agitée et rechercher le petit ensemble régulier de vagues causées par, dire, le passage d'un petit bateau, " a déclaré Peñil. " Cela devient très difficile très rapidement. "

L'équipe a accompli la première étape difficile consistant à identifier un grand nombre de galaxies qui émettent périodiquement au fil des années et tente de répondre à la question de savoir ce qui produit ce comportement périodique dans ces AGN. Plusieurs des explications possibles sont fascinantes.

"La prochaine étape sera la préparation de campagnes d'observation avec d'autres télescopes pour suivre de près ces galaxies et, espérons-le, élucider les raisons de ces observations convaincantes, " a déclaré le co-auteur Marco Ajello, professeur agrégé au département de physique et d'astronomie du College of Science de l'Université de Clemson. "Nous avons quelques possibilités en tête - des effets de phare produits par les jets aux modulations du flux de matière vers le trou noir - mais une solution très intéressante serait que la périodicité est produite par une paire de trous noirs supermassifs tournant l'un autour de l'autre Comprendre la relation de ces trous noirs avec leur environnement sera essentiel pour une image complète de la formation des galaxies. »

Grâce à une décennie d'observations Fermi-LAT, l'équipe a pu identifier la répétition des signaux gamma sur des cycles de quelques années. En moyenne, ces émissions se répétaient environ tous les deux ans.

"Notre étude représente le travail le plus complet à ce jour sur la recherche de périodicité dans les rayons gamma, une étude qui contribuera à dégager des informations sur l'origine de ce comportement particulier, " a déclaré le co-auteur Alberto Domínguez, Le doctorat de Peñil superviseur à Madrid et également ancien chercheur postdoctoral dans le groupe Ajello à Clemson. « Nous avons utilisé neuf ans d'observations continues du ciel LAT. Parmi les plus de deux mille AGN analysés, seulement une douzaine environ se distinguent par cette émission cyclique intrigante."

L'élargissement de l'échantillon limité d'émetteurs périodiques constitue un bond en avant important pour comprendre les processus physiques sous-jacents dans ces galaxies.

"Auparavant, seuls deux blazars étaient connus pour montrer des changements périodiques dans leur luminosité aux rayons gamma. Grâce à notre étude, nous pouvons affirmer avec certitude que ce comportement est présent dans 11 autres sources, " a déclaré la co-auteur Sara Buson, professeur à l'Université de Würzburg en Allemagne. "En outre, notre étude a trouvé 13 autres galaxies avec des indices d'émission cyclique. Mais pour le confirmer avec confiance, nous devons attendre que Fermi-LAT collecte encore plus de données."