Les astronomes ont découvert que, plutôt que de circuler en douceur, les jets sont remplis de nuages denses de gaz qui semblent entrer en collision et fusionner lorsqu'ils sont projetés vers l'extérieur à une vitesse proche de celle de la lumière. Les collisions font que les points chauds s’éclairent temporairement à mesure que les ondes de choc les traversent, puis reculent à mesure que les ondes de choc se dissipent.
"Nous savons depuis un certain temps que les jets ne sont pas lisses et uniformes, mais ces nouvelles observations nous permettent enfin de voir ce qui se passe réellement à l'intérieur de ces jets", a déclaré Nathan Smith de l'Université de Californie à Berkeley, auteur principal de l'étude. un article accepté pour publication dans The Astrophysical Journal.
La découverte suggère que le scintillement des points chauds pourrait offrir une nouvelle façon d'analyser ces jets, appelés jets relativistes, qui sont courants dans l'univers et sont censés contenir certaines des particules les plus énergétiques connues.
Les jets sont l’un des phénomènes les plus puissants de l’univers. Ils sont constitués de faisceaux étroits de particules, principalement des électrons et des protons, éjectés des trous noirs et des étoiles à neutrons à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. On ne sait toujours pas comment les jets sont capables d’accélérer les particules avec autant d’efficacité.
Les observations se sont concentrées sur la région centrale de la galaxie radio M87, située à environ 54 millions d'années-lumière dans la constellation de la Vierge. En son cœur se trouve un trou noir supermassif d’une masse environ 3 milliards de fois celle de notre Soleil.
L'équipe de Smith a utilisé l'instrument STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) de Hubble pour obtenir des images à longue exposition du jet interne sur plusieurs mois. Ils ont ensuite créé des films en combinant une série de 22 images à courte exposition prises sur 20 minutes. Les films révèlent que les nœuds d'émission les plus brillants changent constamment, tandis que certains restent fixes.
"Pour la première fois, nous pouvons observer directement des matériaux entrant en collision à l'intérieur d'un avion à réaction", a déclaré Smith. "Avant, le mieux que nous pouvions faire était d'étudier les conséquences de ces événements. Aujourd'hui, nous pouvons voir les interactions en temps réel."
Une possibilité soulevée par les résultats est que les nœuds dans le jet pourraient faire partie d’un effet naturel de « focalisation ». Lorsque les jets s’échappent du trou noir, ils entraînent les gaz ambiants de leur environnement, ce qui les ralentit. Le matériau plus lent crée une sorte de « collier de focalisation » autour du jet qui le pince, permettant aux nœuds d'entrer en collision et de fusionner plus facilement.
Les observations montrent que les amas de matière semblent « surfer » le long des ondes de choc se déplaçant vers le bas du jet à plus de 99,5 % de la vitesse de la lumière. Les astronomes ont estimé la taille des amas à environ 1 000 fois la taille de notre système solaire.
"Ces amas pourraient être analogues aux embouteillages que nous connaissons sur l'autoroute, où les voitures ralentissent et se regroupent derrière un goulot d'étranglement", a déclaré Smith. "Au lieu de voitures, ces amas de matériaux sont ralentis par la collision avec le gaz ambiant."
Les scientifiques ont constaté que la luminosité de certains points chauds restait constante pendant toute la durée des observations. Ils pensent que ces taches peuvent être causées par des ondes de choc stationnaires, semblables à l’onde de choc de la proue d’un navire se déplaçant dans l’eau, plutôt que par les ondes de choc en mouvement créées par les amas.
Les films révèlent également que la vitesse à laquelle les amas se déplacent diminue à mesure qu'ils descendent dans le jet. C'est la première fois que les astronomes peuvent observer directement cette décélération à l'intérieur d'un jet.
Les observations permettront aux scientifiques d’affiner les modèles de physique des jets et de mieux comprendre comment les galaxies sont capables de convertir l’énergie gravitationnelle des trous noirs en l’énorme énergie transportée par les jets.
