Les trous noirs supermassifs dans les noyaux de la plupart des galaxies massives font des ravages dans leur environnement immédiat. Au cours de leurs phases les plus actives - lorsqu'ils s'enflamment en tant que quasars lumineux - ils lancent des sorties de gaz extrêmement puissantes et à grande vitesse.
Ces écoulements peuvent balayer et chauffer le matériau, jouant un rôle central dans la formation et l'évolution des galaxies massives. Non seulement les astronomes les ont observés à travers l'Univers visible, mais ils jouent également un rôle clé dans les modèles théoriques.
Mais la nature physique des sorties elles-mêmes est un mystère de longue date. Quel mécanisme physique fait que le gaz atteint des vitesses aussi élevées et, dans certains cas, est expulsé de la galaxie?
Une nouvelle étude fournit la première preuve directe que ces sorties sont accélérées par des jets énergétiques produits par le trou noir supermassif.
En utilisant le très grand télescope au Chili, une équipe d'astronomes dirigée par Clive Tadhunter de l'Université de Sheffield, a observé la galaxie active voisine IC 5063. Aux endroits de la galaxie où ses jets impactent des régions de gaz dense, le gaz se déplace à des vitesses extraordinaires de plus de 600 000 miles par heure.
"Une grande partie du gaz dans les flux sortants est sous forme d'hydrogène moléculaire, qui est fragile dans le sens où il est détruit à des énergies relativement faibles", a déclaré Tadhunter dans un communiqué de presse. «Je trouve extraordinaire que le gaz moléculaire puisse survivre accéléré par des jets de particules hautement énergétiques se déplaçant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
Lorsque les jets voyagent à travers la matière galactique, ils perturbent le gaz environnant et génèrent des ondes de choc. Ces ondes de choc accélèrent non seulement le gaz, mais le chauffent également. L'équipe estime que les ondes de choc chauffent le gaz à des températures suffisamment élevées pour ioniser le gaz et dissocier les molécules. L'hydrogène moléculaire ne se forme que dans le gaz post-choc nettement plus froid.
"Nous soupçonnions que les molécules devaient avoir pu se reformer après que le gaz avait été complètement bouleversé par l'interaction avec un jet de plasma rapide", a déclaré Raffaella Morganti de l'Institut Kapteyn de l'Université de Groningue. «Nos observations directes du phénomène ont confirmé que cette situation extrême peut effectivement se produire. Maintenant, nous devons travailler à décrire la physique exacte de l'interaction. »
Dans l'espace interstellaire, l'hydrogène moléculaire se forme à la surface des grains de poussière. Mais dans ce scénario, la poussière a probablement été détruite par les ondes de choc intenses. Bien qu'il soit possible que l'hydrogène moléculaire se forme sans l'aide de grains de poussière (comme on le voit dans l'Univers ancien), le mécanisme exact dans ce cas est encore inconnu.
La recherche aide à répondre à une question de longue date - fournissant la première preuve directe que les jets accélèrent les écoulements moléculaires observés dans les galaxies actives - et en pose de nouvelles.
Les résultats ont été publiés dans Nature et sont disponibles en ligne.
