Une image de Centaurus A, révélant les jets émis par le très actif trou noir central de la galaxie. Ceci est une image composite obtenue avec trois différents instruments, fonctionnant à différentes longueurs d'onde. Les données submillimétriques à 870 microns de l’instrument Laboc sur Apex sont montrées en orange. Les données aux rayons X de Chandra sont montrées en bleu. Les données de lumière visible du Wide Field Imager (WFI) du télescope MPG-ESO de 2,2 mètres situé à La Silla, au Chili, montrent les étoiles et la ligne de poussières caractéristique de la galaxie quasiment en couleurs « réelles ». © ESO, Nasa
Sciences

L'éruption du trou noir de Centaurus A occupe 16 fois la taille de la Lune dans le ciel

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[EN VIDÉO] Les 20 ans de Futura avec Françoise Combes  2021 c'est l'année des 20 ans de Futura ! À cette grande occasion, nous avons demandé à nos parrains de s'exprimer sur le sujet... Françoise Combes s'est notamment prêtée à l'exercice et nous livre son analyse d'astrophysicienne sur le passé, mais aussi sur les 20 prochaines années. 

Des radioastronomes ont produit l'image la plus complète des émissions radio d'un des trous noirs supermassifs les plus proches de la Voie lactée. L'émission est alimentée par le trou noir central dans la galaxie Centaurus A, à environ 12 millions d'années-lumière, et dont la manifestation d'une éruption occupe sur la voûte céleste 16 fois la taille de la Lune.

C'est en 1800 que l'astronome William Herschel a fait la découverte de la première bande de rayonnement au-delà du visible pour l'œil humain :  l'infrarouge. La bande ultraviolette, tout aussi invisible, sera découverte deux ans plus tard par le physicien Johann Ritter. Pour la bande radio, il faudra attendre 1888 et la célèbre expérience de Heinrich Hertz. Un demi-siècle plus tard environ, la radioastronomie prendra son essor et c'est un domaine plus que jamais actif comme le montrent la collaboration de l'Event Horizon Telescope et le développement en cour du Square Kilometre Array (SKA).

La radiogalaxie Centaurus A est l'objet d'études dans plusieurs bandes de longueurs d'onde depuis des décennies. Voilà ce que l'on peut voir dans le visible, l'ultraviolet et le proche infrarouge avec Hubble et ce que l'on peut déjà en déduire. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Hubble, ESA

L'un des tout premiers pas menant vers le SKA a été réalisé depuis plusieurs années déjà avec la mise en service du Murchison Widefield Array, aussi connu sous l'acronyme MWA, un radiotélescope basses fréquences géant situé à Meekatharra en Australie-Occidentale. Il vient de livrer de nouvelles images d'une galaxie mythique dont Futura avait déjà parlé dans le précédent article ci-dessous et qui a fait l'objet depuis longtemps de nombreuses observations aussi bien dans le visible avec Hubble que dans le domaine des rayons X avec Chandra : Centaurus A.

Il se trouve que Centaurus A dans la constellation du Centaure était déjà connue de l'astronome britannique John Herschel, le fils de William. Mais il ne pouvait pas savoir que la galaxie que les astronomes appellent aussi NGC 5128 est située à environ 12 millions d'années-lumière et qu'il s'agit de la radiogalaxie la plus proche de la Voie lactée. Il ne pouvait pas savoir non plus qu'en son cœur se trouve un trou noir supermassif contenant environ 55 millions de masses solaires (Sagittarius A* n’en contient que 4,3 millions environ dans notre Galaxie) et que Centaurus A est probablement le résultat d'une collision passée entre une galaxie elliptique et une spirale. Son aspect actuel est celui d'une galaxie lenticulaire.

Une vidéo montrant la radiogalaxie Centaurus A, qui héberge le noyau actif de galaxie avec un trou noir le plus proche de la Terre. La vidéo montre la taille apparente de la galaxie aux longueurs d'onde dans le visible, aux rayons X et submillimétriques de la Terre par rapport à la Lune. Elle effectue ensuite un zoom arrière pour montrer l'énorme étendue des bulles environnantes observées aux longueurs d'onde radio. © ESO/WFI (Visible) - MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al. (Submillimétrique) - Nasa/CXC/CfA/R.Kraft et al. (Rayons X) - Ben McKinley, ICRAR/Curtin et Connor Matherne, Louisiana State University (Radio)

Centaurus A, un laboratoire à plusieurs longueurs d'onde pour étudier les AGN

Centaurus A est spectaculaire dans le domaine des rayons X et encore plus en radio où on peut voir des jets de matière relativistes s'étendant sur environ un million d'années-lumière et qui se terminent par deux lobes radio brillants.

Ces jets sont issus de ce que l'on pense être un trou noir supermassif central et c'est donc un bon exemple de noyau actif de galaxie (AGN) qui est aussi une puissante source radio. La proximité relative de Centaurus A en fait un objet de choix pour étudier ce type d'astre cousin des quasars.

On comprend donc pourquoi on cherche à avoir des observations de plus en plus précises de Centaurus A et c'est bien ce qu'illustre une publication dans Nature Astronomy que l'on peut aussi consulter en accès libre sur arXiv. L'auteur principal en est l'astrophysicien Benjamin McKinley de l'Université Curtin, membre du Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR).

Cette image montre la galaxie Centaurus A à des longueurs d'onde radio, révélant de vastes lobes de plasma qui s'étendent bien au-delà de la galaxie visible, qui n'occupe qu'une petite zone au centre de l'image. Les points à l'arrière-plan ne sont pas des étoiles, mais des radiogalaxies un peu comme Centaurus A, à des distances bien plus grandes. © Ben McKinley, ICRAR/Curtin and Connor Matherne, Louisiana State University
Cette image composite montre Centaurus A et l'espace intergalactique environnant à plusieurs longueurs d'onde différentes. Le plasma observé en radio est affiché en bleu et semble interagir avec le gaz chaud émettant des rayons X (orange) et l'hydrogène atomique neutre froid HI (violet). Des nuages ​​émettant dans le visible via la raie H-alpha (rouge) sont également affichés au-dessus de la partie principale de la galaxie dans le visible et qui se situe entre les deux taches radio les plus brillantes. L'« arrière-plan » est aux longueurs d'onde visibles, montrant les étoiles de notre propre Voie lactée qui sont en fait au premier plan. © Connor Matherne, Louisiana State University (visible/H-alpha), Kraft et al. (rayons X), Struve et al. (HI), Ben McKinley, ICRAR / Curtin. (Radio)

Vue de la Terre, l'éruption de matière et d’énergie causée par le trou noir supermassif de Centaurus est vue grâce au MWA avec des détails inédits et les régions brillantes en radio affectées par les jets de particules s'étendent sur huit degrés dans le ciel, soit la longueur de 16 pleines lunes placées côte à côte.

La combinaison des données à plusieurs longueurs d'onde, pas seulement radio, soutient une théorie de la croissance de la taille des trous noirs supermassifs dans les galaxies du nom d'« accrétion chaotique à froid » (ACC pour Chaotic Cold Accretion, en anglais). Selon cette théorie, des nuages ​​de gaz froid se condensent dans les halos galactiques et pleuvent ensuite sur les régions centrales, alimentant les trous noirs supermassifs.

On peut faire un rapprochement avec la théorie des filaments de matière froide qui est le paradigme actuel de la théorie de la croissance conjointe des galaxies et de leurs trous noirs supermassifs.

« Les trous noirs supermassifs trop gloutons. » Toutes les galaxies abritent en leur centre un trou noir supermassif, de masse comprise entre un million et quelques milliards de masses solaires. Il existe un rapport de proportionnalité entre la masse de ces trous noirs et la masse du bulbe des galaxies, ce qui fait penser que la formation des étoiles et l’alimentation des trous noirs se produisent simultanément. En quelque sorte, les galaxies et leurs trous noirs croissent en symbiose. Lorsque du gaz tombe vers le centre de la galaxie, le trou noir en avale le plus possible, mais la masse qu’il peut absorber est limitée. La chute de matière sur le trou noir libère une quantité considérable d’énergie, sous forme de rayonnement, et aussi sous forme d’énergie cinétique. Le noyau de la galaxie devient actif, soit un noyau de Seyfert, soit un quasar. Les vents et jets de plasma émis par le trou noir entraînent le gaz interstellaire environnant. Des flots de gaz moléculaire ont récemment été détectés autour des noyaux actifs, emportant tellement de masse qu’ils peuvent avoir un impact significatif sur l’évolution de la galaxie hôte, en régulant ou stoppant même l’approvisionnement en gaz pour la formation des étoiles. Les trous noirs gloutons, en recrachant leur nourriture, régulent la formation des étoiles. Nous détaillerons ces phénomènes, peut-être à l’origine de la proportionnalité entre masses des trous noirs et des bulbes. Françoise Combes est astronome à l'Observatoire de Paris au Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique (Lerma). Son domaine actuel de recherche concerne la formation et l’évolution des galaxies. © École normale supérieure - PSL

Pour en savoir plus

Le nouveau visage de la radiogalaxie la plus proche, Centaurus A

Article de Laurent Sacco publié le 01/02/2009

C'est une image remarquable de la galaxie Centaurus A, pratiquement en vraies couleurs, que viennent de réaliser les astronomes de l'ESO, utilisant le télescope Atacama Pathfinder Experiment (Apex). Elle montre avec une netteté inégalée les jets et les lobes radio de la plus proche radiogalaxie de la Voie lactée.

Située à 13 millions d'années-lumière en direction de la constellation du Centaure, NGC 5128 est le produit de la collision d'une galaxie elliptique avec une galaxie spirale. En son centre, un trou noir supermassif est donc copieusement alimenté en gaz et devient un noyau actif de galaxie (NAG) éjectant de la matière à la moitié de la vitesse de la lumière.

Centaurus A n'est pas un objet astrophysique nouveau. L'astronome britannique John Herschel connaissait déjà son existence en 1847. On a de lui de très belles photographies prises dans le visible, en rayons X et surtout en ondes radio, comme le montre les superbes images présentées ici, obtenues avec le VLT et Chandra. Son disque, particulièrement riche en poussières, est frappant.

Cliquer pour agrandir. De forme elliptique, Centaurus A exhibe aussi un disque de poussière. Crédit : Marina Rejkuba (ESO-Garching) et al., ISAAC, VLT ANTU telescope, ESO Paranal Obs

Jets de matière très actifs en radio

Aujourd'hui, c'est au tour du Atacama Pathfinder Experiment (Apex) d'apporter sa moisson de détails. Il s'agit d'un radiotélescope semblable au prototype des antennes qui équiperont le grand interféromètre radio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), en cours d'installation, et qui devrait entrer en service en 2012.

D'un diamètre de 12 m, l'Apex observe l'Univers dans le domaine millimétrique à 5.000 m d'altitude environ, sur le plateau de Chajnantor dans la célèbre région de l'Atacama au Chili. A ces longueurs d'onde, et depuis le 25 septembre 2005, cet instrument nous renseigne sur les galaxies de l'Univers jeune, les jets galactiques, la formation des protoétoiles aussi bien dans notre Galaxie que dans les galaxies très lointaines et donc tôt dans l'histoire de l'Univers.

Centaurus A est elle-même le lieu d'une flambée de nouvelles étoiles et son noyau central est particulièrement lumineux, aussi bien dans le domaine des rayons X que des ondes radio.

Cliquer pour agrandir. Un ensemble d'images à différentes longueurs d'ondes et leur composition pour donner un portrait de Centaurus A. Crédit : X : NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al., radio: NSF/VLA/Univ. Hertfordshire/M.Hardcastle; optique : ESO/VLT/ISAAC/M.Rejkuba et al.

Une première image composite d'observation à plusieurs longueurs d'onde avait déjà été donnée (voir ci-dessus). La nouvelle rend encore plus nette les émissions des lobes radio créés par l'onde choc des jets de matière issus du trou noir central supermassif entrant en contact avec le gaz intergalactique.

On pense que ce trou noir possède au moins une masse équivalente à 200 millions de fois celle du Soleil. C'est notamment avec l'instrument baptisé Large APEX Bolometer Camera (Laboca), observant vers 870 microns, qu'on peut le plus clairement photographier les lobes radio. On les voit en orange sur l'image ci-dessous, ainsi que d'autres détails livrés par le radiotélescope. En bleu sont représentés les images fournies par Chandra en rayons X. Quant au reste de l'image, à peu près en vraies couleurs, il s'agit des données livrées dans le visible par l'instrument Wide Field Imager (WFI) du télescope Max Planck Gesellschaft (MPG) de 2,2 m de l'ESO.

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