Sur cette image figure un halo de gaz entourant un quasar au tout début de l’Univers. Le quasar, en orange, émet deux puissants jets et abrite un trou noir supermassif en son centre, entouré d’un disque de gaz poussiéreux. Le halo de gaz d’hydrogène est représenté en bleu. © ESO, M. Kornmesser

Sciences

Une gigantesque éruption de trou noir a laissé des traces dans un amas de galaxies

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Les éruptions associées aux disques d'accrétion des trous noirs supermassifs sont très puissantes. Grâce au satellite Chandra, on vient de détecter les traces laissées par une de ces éruptions dont l'énergie libérée était une centaine de milliards de milliards de milliards de milliards de fois celle d'une bombe atomique.

Le télescope Chandra permet à l'Humanité d'étudier l'Univers observable en rayons X depuis 20 ans maintenant. Même s'il est aujourd'hui concurrencé par d'autres yeux en orbite dans ce domaine de la lumière comme Spektr-RG, le Hubble russe des rayons X, il reste un formidable instrument capable de révéler le comportement spectaculairement violent du cosmos.

Un article récemment publié dans The Astrophysical Journal Letters et en libre accès sur arXiv le montre bien. Il est l'œuvre d'une équipe internationale d'astrophysiciens qui a observé avec Chandra un amas de galaxies nommé SPT-CLJ0528-5300, ou SPT-0528 en abrégé. Cet amas contient une galaxie centrale particulièrement brillante dans le domaine radio en raison de la présence d'un noyau actif de galaxie. Les AGN, comme on les appelle en anglais, sont produits par des trous noirs supermassifs accrétant de la matière. Ils sont donc entourés d'un disque d'accrétion auquel sont parfois associés de puissants jets de matière. Quand les AGN sont particulièrement actifs, ils sont également formidablement lumineux et peuvent alors apparaître comme ce que l'on appelle des quasars.

Une vidéo pour les 20 ans de Chandra. 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 ». © Steer Films & Nasa, CXC, SAO

Une éruption de trou noir équivalente à 1038 explosions nucléaires

On sait qu'il existe un lien de coévolution entre les trous noirs supermassifs et les galaxies qui les hébergent. Mais on s'interroge aussi sur des liens entre l'évolution des trous noirs supermassifs et celle des amas de galaxies où ils se trouvent. Récemment, le cosmologiste Romain Teyssier avait expliqué à Futura que les trous noirs supermassifs et les galaxies croissaient essentiellement via des filaments de gaz froids canalisés par des filaments de matière noire entre galaxies et amas de galaxies. Mais ces processus semblent affectés par les vents galactiques au moins produits par le souffle des explosions de supernovae. La question se pose également au sujet des vents de matière et de rayonnement générés par les trous noirs supermassifs. On sait que certains d'entre eux sont les lieux de sortes d'éruptions colossales.

SPT-0528, comme tous les amas, est plongé dans un plasma très chaud, à plusieurs millions de degrés, ce qui le fait rayonner en rayons X. Nous l'observons avec Chandra tel qu'il était il y a 6,7 milliards d'années en raison de la valeur de la vitesse de la lumière. Les chercheurs ont mis en évidence deux cavités dans ce plasma. Tout indique qu'elles ont été creusées il y a plus longtemps encore par les jets alors émis lors d'une puissante éruption de l'AGN central de SPT-0528.

Les astrophysiciens ont calculé l'énergie nécessaire pour creuser ces deux cavités et elle est exceptionnelle puisqu'elle correspond à celle que libéreraient 1038 explosions nucléaires sur Terre soit 1054 joules. C'est la plus puissante éruption de ce genre déterminée dans un amas de galaxies.

Des cavités géantes dans le milieu intergalactique dans l'amas de galaxies SPT-0528 émettant des rayons X (montrés en bleu, comme observés par l'Observatoire de rayons X Chandra de la Nasa) ont été creusées par une explosion de trous noirs. Les données des rayons X sont superposées aux observations dans le visible du télescope spatial Hubble (en rouge-orange), où la galaxie centrale qui héberge probablement le trou noir supermassif coupable est également visible. La barre en bas à droite donne l'échelle en années-lumière (light years, en anglais). © Michael Calzadilla
  • L'activité des trous noirs supermassifs joue un rôle dans l'évolution des galaxies qui les hébergent et inversement.
  • On étudie les effets de cette activité sur les amas de galaxies pour mieux comprendre leur évolution.
  • Les traces laissées par une éruption associée à un tel trou noir ont été détectées par Chandra dans un amas de galaxies distant de 6,7 milliards d'années-lumière.
  • L'énergie libérée, équivalente à 1038 explosions nucléaires, a creusé deux cavités dans le plasma chaud de l'amas.
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