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Un quasar pourrait fabriquer sa galaxie !

ActualitéClassé sous :Astronomie , trou noir , Quasar

On soupçonnait depuis longtemps que les galaxies et les trous noirs supermassifs croissaient de paire. Les nouvelles observations du quasar HE0450-2958 montrent qu'un trou noir géant peut provoquer la formation d'une partie de la galaxie qui l'abritera dans son cœur. Ce scénario pourrait être très répandu dans l'Univers.

Une image d'artiste montrant le jet de particules de HE0450-2958 à l'origine d'une flambée de nouvelles étoiles dans la galaxie au premier plan. Crédit : ESO/L. Calçada

Après que la nature de trou noir de Kerr géant en rotation ait été reconnue comme le moteur responsable de la formidable énergie des quasars et des noyaux actifs de galaxies, les astrophysiciens avaient découvert une relation étrange. La taille du trou noir central est proportionnelle à la taille de sa galaxie. Une bonne façon de rendre compte de cette observation est de supposer un lien co-génique entre trous noirs supermassifs et galaxies.

On ne savait pas trop cependant qui était à l'origine de l'autre. Un trou noir a besoin de matière pour grossir et on peut imaginer celle d'une galaxie en formation s'accumulant au centre, finissant par créer un trou noir. A l'inverse, sa force gravitationnelle peut attirer beaucoup de matière autour de lui et on peut imaginer aussi un nuage de gaz tournoyant autour d'un vaste trou noir et finissant par former une galaxie. En somme, le problème est celui de l'œuf et de la poule. Cependant, certains indices montraient que des trous noirs dit de masses intermédiaires peuvent précéder les premières galaxies et ont peut-être plus ou moins servi de germe pour la croissance de ces galaxies primordiales.

On sait en outre que les grandes galaxies se forment par fusion de galaxies naines. Leurs trous noirs étant destinés à fusionner au bout d'un certain temps, selon toute probabilité, on avait là un moyen d'expliquer, au moins en partie, la relation entre masse d'un trou noir galactique et masse d'une galaxie.

On sait aussi que lorsque qu'un trou noir géant s'allume en devenant un quasar, il émet un flot de particules et de rayonnement qui peut influencer et réguler le taux de formation des étoiles dans une galaxie.

Or, on connaissait depuis quelque temps le quasar HE0450-2958, situé à quelque 5 milliards d'années-lumière de la Terre. Il ne semblait pas vraiment situé dans une galaxie même si de la matière tombant sur le trou noir devait fatalement être présente en quantité importante. Les astrophysiciens avaient tout de suite proposé qu'en raison d'une forte quantité de poussière interposée entre la galaxie hôte de HE0450-2958 et nous, cette matière était invisible.

Un nuage de gaz bousculé par un jet de matière

Si cette hypothèse était juste, des observations en infrarouge devraient la révéler. Les astronomes David Elbaz et Knud Jahnke ont donc, littéralement, tenter d'y voir plus clair avec leurs collègues au moyen d'un instrument du très grand télescope (le VLT) de l'ESO, capable d'observer dans le domaine de l'infrarouge moyen.

Comme le déclare Knud Jahnke, membre du Emmy Noether-Group on Coevolution of Galaxies and Black Holes du MPIA : « en observant à ces longueurs d'onde nous aurions pu détecter la poussière supposée cacher la galaxie hôte. Toutefois, nous n'en avons pas trouvé. A la place, nous avons découvert qu'une galaxie, apparemment sans aucun rapport, dans le voisinage immédiat du quasar, produisait des étoiles à un rythme effréné ».

Le taux de formation de nouvelles étoiles y est en effet très important, environ 350 soleils par an, soit cent fois plus que dans les galaxies typiques de l'Univers local. De plus, fait remarquable lui aussi, comme dans le cas du quasar 3C 321, la galaxie située à seulement 22.000 années-lumière de HE0450-2958 est frappée de plein fouet par l'un des jets de matière du quasar.

En injectant de l'énergie dans un grand nuage de gaz, ce jet de matière pourrait avoir provoqué au moins l'apparition d'une nouvelle galaxie et à coup sûr celle des nouvelles étoiles. Or, comme le fait remarquer David Elbaz, « ces deux objets vont fatalement fusionner dans le futur : le quasar se déplace à une vitesse de seulement quelques dizaines de milliers de kilomètres par heure par rapport à la galaxie. Bien que le quasar soit encore "nu", il finira par être "vêtu" quand il fusionnera avec sa galaxie riche en étoiles. Il résidera finalement à l'intérieur d'une galaxie comme tous les autres quasars ».

Voilà de quoi préciser des modèles reliant croissance des galaxies et croissance des trous noirs supermassifs. Les jets de matière issus de quasars pourraient jouer un rôle important. Mais ce cas à peu près unique ne peut suffire. Il faudrait sonder l'Univers plus profondément pour montrer que cet exemple, sans être forcément la règle, était très répandu dans l'Univers au cours de ses premiers milliards d'années d'existence. Cela devrait être l'une des tâches de la prochaine génération de télescopes géants, comme Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), l'E-ELT (le télescope géant européen) ou le successeur de Hubble, le télescope spatial James Web.

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