Le centre de ce trou noir supermassif poussiéreux est entouré par un disque d'accrétion (jaune). Le tore de poussières est représenté en bleu. Deux jets émanent des régions intérieures. © Esa Nasa, Projet AVO et Paolo Padovani

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On a enfin vu le tore de poussières autour d'un trou noir galactique

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Grâce aux capacités d'observation inédites de l'instrument européen Sphere, récemment installé sur le grand télescope VLT, une équipe de chercheurs français a, pour la première fois, observé directement la signature d'un tore de poussières au cœur de la galaxie active NGC 1068.

Les galaxies actives représentent une fraction significative de la population des galaxies. Elles possèdent un noyau à la luminosité intense. Cette activité est expliquée par la présence d'un trou noir supermassif (quelques millions à quelques milliards de masses solaires) au sein de ce noyau et par le rayonnement produit lors du processus d'accrétion de la matière autour de ce trou noir.

Pour expliquer la variété des aspects observés de cette activité, le modèle unifié des noyaux actifs de galaxies postule l'existence d'une concentration de gaz et de poussières de forme toroïdale de quelques parsecs (pc) à quelques dizaines de parsecs de rayon, ceinturant le trou noir supermassif et son disque d'accrétion. Jusqu'à présent, seules des preuves indirectes avaient corroboré l'existence de cette concentration dense et opaque de gaz et de poussières.

Image du cœur de NGC 1068 obtenue à partir des observations polarimétriques faites avec Sphere. L’image révèle, en noir, un bicône en forme de sablier et, en blanc, une structure allongée perpendiculaire au bicône. © Lesia, Sphere

De l'imagerie des exoplanètes aux tores des trous noirs supermassifs

À l'été 2014, le chasseur d'exoplanètes Sphere a été installé au Chili, au VLT, et a été mis à la disposition des chercheurs en 2015. Pour détecter de nouvelles exoplanètes, cet instrument est pourvu d'une optique adaptative extrême couplée à diverses modes d'observation. Utilisant plus particulièrement le mode polarimétrique, l'équipe de chercheurs français a obtenu des observations du noyau actif de la galaxie NGC 1068 avec une qualité d'image inégalée. La résolution spatiale obtenue, de 2,5 pc, soit près de 20 fois meilleure que celle offerte sans système correcteur, a ainsi permis de mettre en évidence deux structures particulières au cœur du noyau actif : un double cône en forme de sablier et une structure centrale allongée perpendiculaire à l'axe du double cône.

La première révèle ainsi clairement la région moins dense au sein de laquelle les nuages de gaz sont ionisés par le rayonnement intense issu du trou noir central supermassif. La seconde structure, allongée sur environ 55 pc et d'une épaisseur d'environ 20 pc, serait révélée par la diffusion de la lumière provenant de la source centrale sur la poussière de ce tore. Elle serait ainsi la première observation directe du tore de poussières postulé par le modèle unifié des noyaux actifs de galaxies.

Ces recherches ont été publiées le 23 septembre 2015 dans la revue Astronomy et Astrophysics. Elles ont été menées au sein du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique, Lesia (CNRS, Observatoire de Paris, université Pierre et Marie Curie, université Paris Diderot).

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