Grâce à l'obtention d'une gamme dynamique d'imagerie élevée, une équipe d'astronomes au Japon a découvert pour la première fois une faible émission radio couvrant une galaxie géante avec un trou noir énergétique en son centre. L'émission radio provient du gaz créé directement par le trou noir central. L'équipe espère comprendre comment un trou noir interagit avec sa galaxie hôte en appliquant la même technique à d'autres quasars.

3C273, qui se trouve à une distance de 2,4 milliards d'années-lumière de la Terre, est un quasar. Un quasar est le noyau d'une galaxie censée abriter un trou noir massif en son centre, qui avale sa matière environnante, dégageant un énorme rayonnement. Contrairement à son nom fade, 3C273 est le premier quasar jamais découvert, le plus brillant et le mieux étudié. C'est l'une des sources les plus fréquemment observées avec les télescopes car elle peut servir d'étalon de position dans le ciel :en d'autres termes, 3C273 est un phare radio.

Lorsque vous voyez le phare d'une voiture, la luminosité éblouissante rend difficile la vision de l'environnement plus sombre. La même chose arrive aux télescopes lorsque vous observez des objets brillants. La plage dynamique est le contraste entre les tons les plus brillants et les plus sombres d'une image. Vous avez besoin d'une plage dynamique élevée pour révéler à la fois les parties claires et sombres d'un seul coup de télescope. ALMA peut régulièrement atteindre des plages dynamiques d'imagerie jusqu'à environ 100, mais les appareils photo numériques disponibles dans le commerce ont généralement une plage dynamique de plusieurs milliers. Les radiotélescopes ne sont pas très bons pour voir des objets avec un contraste important.

3C273 est connu depuis des décennies comme le quasar le plus célèbre, mais les connaissances se sont concentrées sur ses noyaux centraux brillants, d'où proviennent la plupart des ondes radio. Cependant, on en sait beaucoup moins sur sa galaxie hôte elle-même, car la combinaison de la galaxie faible et diffuse avec le noyau 3C273 nécessitait des plages dynamiques aussi élevées pour être détectée. L'équipe de recherche a utilisé une technique appelée auto-étalonnage pour réduire la fuite d'ondes radio du 3C273 vers la galaxie, qui a utilisé le 3C273 lui-même pour corriger les effets des fluctuations atmosphériques de la Terre sur le système de télescope. Ils ont atteint une gamme dynamique d'imagerie de 85000, un record ALMA pour les objets extragalactiques.

Grâce à l'obtention d'une plage dynamique d'imagerie élevée, l'équipe a découvert la faible émission radio s'étendant sur des dizaines de milliers d'années-lumière au-dessus de la galaxie hôte de 3C273. L'émission radio autour des quasars suggère généralement une émission synchrotron, qui provient d'événements hautement énergétiques tels que des explosions de formation d'étoiles ou des jets ultra-rapides émanant du noyau central. Un jet synchrotron existe également dans 3C273, visible en bas à droite des images. Une caractéristique essentielle de l'émission synchrotron est que sa luminosité change avec la fréquence, mais la faible émission radio découverte par l'équipe avait une luminosité constante quelle que soit la fréquence radio. Après avoir examiné des mécanismes alternatifs, l'équipe a découvert que cette émission radio faible et étendue provenait de l'hydrogène gazeux de la galaxie alimenté directement par le noyau 3C273. C'est la première fois que des ondes radio provenant d'un tel mécanisme s'étendent sur des dizaines de milliers d'années-lumière dans la galaxie hôte d'un quasar. Les astronomes avaient négligé ce phénomène pendant des décennies dans ce phare cosmique emblématique.

Alors pourquoi cette découverte est-elle si importante ? C'est un grand mystère en astronomie galactique de savoir si l'énergie d'un noyau de quasar peut être suffisamment forte pour priver la galaxie de la capacité de former des étoiles. La faible émission radio peut aider à le résoudre. L'hydrogène gazeux est un ingrédient essentiel dans la création d'étoiles, mais si une lumière si intense brille dessus que le gaz est désassemblé (ionisé), aucune étoile ne peut naître. Pour étudier si ce processus se produit autour des quasars, les astronomes ont utilisé la lumière optique émise par le gaz ionisé. Le problème avec la lumière optique est que la poussière cosmique absorbe la lumière le long du chemin vers le télescope, il est donc difficile de savoir quelle quantité de lumière le gaz dégage.

De plus, le mécanisme responsable de l'émission de la lumière optique est complexe, obligeant les astronomes à faire beaucoup d'hypothèses. Les ondes radio découvertes dans cette étude proviennent du même gaz grâce à des processus simples et ne sont pas absorbées par la poussière. L'utilisation d'ondes radio facilite grandement la mesure du gaz ionisé créé par le noyau du 3C273. Dans cette étude, les astronomes ont découvert qu'au moins 7% de la lumière de 3C273 était absorbée par le gaz de la galaxie hôte, créant un gaz ionisé représentant 10 à 100 milliards de fois la masse du soleil. Cependant, 3C273 avait beaucoup de gaz juste avant la formation des étoiles, donc dans l'ensemble, il ne semble pas que la formation d'étoiles ait été fortement supprimée par le noyau.

"Cette découverte ouvre une nouvelle voie pour étudier les problèmes précédemment abordés à l'aide d'observations par lumière optique", déclare Shinya Komugi, professeur associé à l'université de Kogakuin et auteur principal de l'étude publiée dans The Astrophysical Journal. . "En appliquant la même technique à d'autres quasars, nous espérons comprendre comment une galaxie évolue à travers son interaction avec le noyau central." + Explorer plus loin

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