Représentation d'un trou noir avec son disque d'accrétion et un jet d'énergie. © Nasa, Caltech-JPL
Sciences

Le James-Webb révèle la composition du gaz autour d'un trou noir supermassif

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[EN VIDÉO] Comprendre la mission du télescope spatial James Webb en une minute  Le James Webb Space Telescope, nouveau fleuron de l'observation spatiale, sera lancé le 18 décembre depuis Kourou, en Guyane. Après un voyage de 29 jours, il atteindra le point de Lagrange L2, dans la direction opposée au Soleil. Avec son miroir plus large que celui d'Hubble, dont il est considéré comme le successeur, le JWST pourra observer galaxies, planètes, nébuleuses et étoiles pour en apprendre plus sur l'histoire de l'Univers. 

La Quintette de Stephan, un regroupement visuel de cinq galaxies situées dans la constellation de Pégase, faisait partie des premières images choisies pour illustrer le pouvoir du télescope spatial James-Webb en comparaison avec celui de son prédécesseur, Hubble. Mais le JWST ne permet pas seulement de prendre de somptueuses images, il effectue aussi des analyses spectroscopiques révélant la composition chimique des astres et milieux astrophysiques. On en voit un exemple avec un des trous noirs supermassifs associés aux galaxies de la Quintette de Stephan.

Le James-Webb n'en est encore qu'au tout début de ses observations et déjà il donne des résultats spectaculaires. On se demande même s'il n'est pas en train de nous fournir des éléments pour départager la théorie de la matière noire de la théorie Mond en cosmologie.

En attendant de le savoir, patientons en prenant connaissance de certains résultats déjà obtenus comme ceux qui concernent la fameuse Quintette de Stephan, un regroupement visuel de cinq galaxies situées dans la constellation de Pégase mais dont seulement quatre sont vraiment gravitationnellement associées, la cinquième galaxie étant simplement en avant plan des quatre autres. Cette dernière porte le numéro NGC 7320 parmi le New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars ou NGC -- en français « Nouveau catalogue général de nébuleuses et d'amas d'étoiles », que l'on doit initialement à John Louis Emil Dreyer (1852 - 1926), un astronome irlando-danois.

Les spectres infrarouges du noyau actif de la galaxie NGC 7319 mesurés avec l'instrument Miri du JWST. © Nasa, ESA, CSA, and STScI

Des spectres bavards sur l'environnement du trou noir de NGC 7319

Avec le JWST, les astrophysiciens se sont concentrés sur le cas de NGC 7319 qui abrite un noyau galactique actif dont l'énergie lumineuse équivalente à 40 milliards de soleils provient d'un trou noir supermassif de 24 millions de masses solaires -- notre Voie lactée en contient un, Srg A*, d'un peu plus de 4 millions de masses solaires.

Pour leur programme d'études, ils se sont appuyés sur le spectromètre à moyenne résolution (MRS) qui fait partie de l'instrument à infrarouge moyen (Miri) du James-Webb. MRS contient un imageur et un spectrographe, ce qui a permis d'observer et de faire des mesures concernant le gaz proche du trou noir central de NGC 7319 comme jamais auparavant. L'instrument a révélé que le trou noir était enveloppé de poussières silicatées dont la composition est similaire au sable de plage mais de tailles bien inférieures aux grains de sable.

Deux spectres ont été représentés sur l'image ci-dessus.

Le spectre de la partie supérieure montre une région remplie de gaz chauds et ionisés, contenant notamment du fer, de l'argon, du néon, du soufre et de l'oxygène, comme indiqué par les pics à des longueurs d'onde données. La présence de plusieurs raies d'émission du même élément, avec différents degrés d'ionisation, est précieuse pour comprendre les propriétés et les origines des écoulements du plasma autour du trou noir.

Le spectre de la partie inférieure révèle, quant à lui, que le trou noir supermassif est associé à un réservoir de gaz plus froid et plus dense avec de grandes quantités d'hydrogène moléculaire et de poussières silicatées qui absorbent la lumière des régions centrales de la galaxie.

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