À l'aide du télescope spatial James-Webb (JWST), une équipe internationale d'astronomes dirigée par la professeure du Département de physique de l’Université de Montréal Julie Hlavacek-Larrondo a capté l'une des vues les plus claires à ce jour de la façon dont un trou noir supermassif s'alimente, ce qui rapproche les scientifiques de la résolution d'un mystère astrophysique de longue date. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans The Astrophysical Journal Letters.
Des trous noirs autorégulés
Presque toutes les grandes galaxies de l'Univers abritent en leur centre un trou noir supermassif dont la masse atteint des millions, voire des milliards de fois celle du Soleil. Lorsque ces trous noirs attirent activement la matière environnante, ils s'allument comme de véritables moteurs cosmiques, projetant de puissants jets d'énergie capables de sculpter toute la galaxie qui les entoure, ralentissant la naissance de nouvelles étoiles et influençant la croissance de la galaxie au fil du temps. Les astronomes appellent ce type de trous noirs des noyaux actifs galactiques.
Malgré des recherches approfondies, une énigme tenace persiste depuis des années. Si les jets d'un noyau actif galactique réchauffent le gaz environnant, cela devrait, en principe, couper l'approvisionnement en matière du trou noir. Comment continue-t-il alors à se nourrir et à croître?
L'hypothèse principale est que le gaz finit par se refroidir, il se condense en longs filaments minces, puis retombe vers le centre de la galaxie. Le trou noir supermassif alimente le processus qui l'alimente lui-même; il s'agit d'un système autorégulé. Malgré des décennies de recherche, observer directement comment ces filaments se déplacent vers le trou noir est demeuré extrêmement difficile. Ce lien, un chaînon manquant en quelque sorte, est précisément ce que révèle cette nouvelle étude.
D'une spirale à un disque en rotation
L'équipe a pointé le JWST vers la galaxie NGC 4696, galaxie centrale de l'amas du Centaure, un groupe dense de galaxies situé à environ 145 millions d'années-lumière de la Terre et l'un des meilleurs laboratoires pour étudier les mécanismes des noyaux actifs galactiques.
Des images antérieures du télescope spatial Hubble avaient mis au jour une curieuse spirale de gaz près du trou noir central de la galaxie, mais Hubble ne pouvait capter qu'un instantané de l'emplacement du gaz, sans dévoiler son mouvement.
À la suite de près de huit heures de temps d'observation à l'aide de l'instrument NIRSpec du JWST, l'équipe a produit des cartes détaillées du mouvement du gaz au cœur même de la sphère d'influence du trou noir, avec une résolution suffisamment fine pour distinguer des structures d'environ 30 années-lumière, ce qui représente une infime portion d'une galaxie large de centaines de milliers d'années-lumière.
