Vue d'artiste d'une galaxie avec un noyau actif propulsant des jets de matière depuis le centre de la galaxie. © Sophia Dagnello, NRAO, AUI, NSF
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Des jets nouveau-nés dans des galaxies lointaines

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En utilisant les données du VLA Sky Survey, des astronomes ont trouvé des centaines de galaxies lointaines, avec des trous noirs supermassifs en leur cœur, qui ont lancé de puissants jets de matière émettant des ondes radio au cours du dernier quart de siècle.

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On sait que la plupart des grosses galaxies, si ce n'est toutes, abritent en leur cœur un trou noir supermassif. Ces galaxies peuvent alors avoir de puissants jets de matière qui émettent des ondes radio.

Dans une nouvelle étude à paraître dans l'Astrophysical Journal (prépubliée en libre accès sur arXiv), Kristina Nyland et ses collègues expliquent leur découverte de nombreuses galaxies lointaines avec des trous noirs supermassifs qui ont lancé de tels jets au cours du dernier quart de siècle. Pour ce faire, ils ont utilisé les données du VLA Sky Survey (VLASS), un relevé commencé en 2017 pour observer le ciel visible depuis le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), c'est-à-dire environ 80 % de tout le ciel, trois fois en sept ans. Le premier des trois passages est d'ores et déjà terminé et les scientifiques ont comparé les données ainsi acquises avec celles du relevé FIRST (Faint Images of the Radio Sky at Twenty-Centimeters), qui a utilisé le VLA pour observer une plus petite partie du ciel entre 1993 et ​​2011.

Nyland, chercheuse postdoctorale du Conseil national de la recherche des États-Unis, actuellement en résidence au Naval Research Laboratory à Washington, et première auteure de l'étude, explique : « Nous avons trouvé des galaxies qui ne montraient aucun signe de jets auparavant, mais qui montrent maintenant des signes clairs de la présence de jets jeunes et compacts. Des jets comme ceux-ci peuvent fortement affecter la croissance et l'évolution de leur galaxie, mais nous ne comprenons toujours pas tous les détails. Capturer des jets nouveau-nés avec des relevés comme VLASS fournit une mesure du rôle des puissants jets radio dans le façonnement de la vie des galaxies sur des milliards d'années. »

Images de trois galaxies prises par le VLA et étudiées par Nyland et al., comparant ce qui fut observé dans les relevés FIRST et VLASS. Les émissions radio nouvellement apparues indiquent que les galaxies ont lancé de nouveaux jets de matière entre les dates des deux observations. © Nyland et al.; Sophia Dagnello, NRAO, AUI, NSF

De nombreuses galaxies avec de nouveaux jets

Ils ont ainsi détecté environ 2.000 objets qui apparaissent dans les images de VLASS mais n'ont pas été détectés avec FIRST. Parmi ceux-ci, ils ont sélectionné 26 objets qui étaient auparavant classés comme galaxies à noyau actif, c'est-à-dire alimentés par un trou noir supermassif, sur la base d'observations optiques et infrarouges. Ces 26 objets ont été observés par FIRST entre 1994 et 2001 et par VLASS en 2019.

Parmi ces 26 galaxies, ils en choisirent 14 pour des observations plus détaillées avec le VLA. Ces observations ont fourni des images à plus haute résolution et ont été effectuées à plusieurs fréquences radio pour obtenir une compréhension plus complète des caractéristiques de ces objets.

Dillon Dong, étudiant au California Institute of Technology et second auteur de l'étude, détaille : « Les données de ces observations détaillées nous indiquent que la cause la plus probable de la différence de luminosité radio entre les observations de FIRST et de VLASS est que les "moteurs" au cœur de ces galaxies ont lancé de nouveaux jets depuis les observations de FIRST. »

Des laboratoires naturels pour étudier des conditions extrêmes

On sait que les trous noirs au cœur des galaxies interagissent avec les galaxies elles-mêmes et que les deux évoluent ensemble. Les jets lancés depuis les régions proches des trous noirs peuvent affecter la quantité d'étoiles formées dans la galaxie.

Pallavi Patil, chercheuse de l'université de Virginie et troisième auteure de l'étude, explique : « Les jets radio fournissent des laboratoires naturels pour apprendre la physique extrême des trous noirs supermassifs, dont on pense que la formation et la croissance sont intrinsèquement liées à celles des centres galactiques dans lesquels ils résident. » Nyland poursuit : « Des jets aussi jeunes que ceux découverts dans notre étude peuvent nous fournir une occasion rare d'acquérir de nouvelles connaissances sur le fonctionnement de ces interactions entre les jets et leur environnement. » Mark Lacy, astronome à l'Observatoire national de radioastronomie (Charlottesville, États-Unis) et quatrième auteur de l'étude, conclut : « Le VLASS s'est avéré être un outil clé pour découvrir de tels jets, et nous attendons avec impatience les résultats de ses deux prochaines époques d'observation. »

Nyland et ses collègues prévoient d'autres études des galaxies à l'aide du Very Long Baseline Array (VLBA), de l'observatoire de rayons X Chandra et de télescopes observant en lumière visible et infrarouge.

  • Depuis 2017, le relevé VLASS observe une grande portion du ciel, dont celle que FIRST, autre relevé réalisé avec le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), avait observée de 1993 à 2001.
  • Grâce à ces observations, une équipe d'astronomes a détecté 2.000 galaxies qui, dans les données de VLASS acquises en 2019, montraient des signes de jets alors qu'elles n'en montraient pas dans les données de FIRST.
  • Ces observations permettent d'en apprendre plus sur les trous noirs supermassifs, leurs galaxies hôtes et l'interaction entre les deux.
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