
La découverte lointaine d’un blazar soutient la formation rapide d’un trou noir au début de l’univers
Vue d’artiste du noyau galactique brillant et très actif découvert par Bañados et ses collègues, qui a des implications fondamentales pour la croissance des trous noirs au cours des premiers milliards d’années de l’histoire cosmique. Crédit : NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton
Les astronomes ont découvert une pièce importante du puzzle expliquant comment les trous noirs supermassifs ont pu se développer si rapidement dans l’univers primitif : un type particulier de noyau galactique actif si éloigné que sa lumière a mis plus de 12,9 milliards d’années à nous parvenir. Ce soi-disant blazar sert de marqueur statistique : son existence implique la présence d’une population importante mais cachée d’objets similaires, qui devraient tous émettre de puissants jets de particules.
C’est là que la découverte devient importante pour l’évolution cosmique : on pense que les trous noirs dotés de jets sont capables de croître considérablement plus rapidement que sans jets. La recherche apparaît dans un article publié dans Astronomie naturelle et un autre dans Les lettres du journal astrophysique.
Les noyaux galactiques actifs (AGN) sont des centres de galaxies extrêmement brillants. Les moteurs qui génèrent leur énorme production d’énergie sont des trous noirs supermassifs. La matière tombant sur ces trous noirs (accrétion) est le mécanisme le plus efficace connu en physique lorsqu’il s’agit de libérer d’énormes quantités d’énergie. Cette efficacité inégalée explique pourquoi les AGN sont capables de produire plus de lumière que toutes les étoiles de centaines, de milliers, voire plus, de galaxies réunies et dans un volume d’espace plus petit que notre propre système solaire.
On pense qu’au moins 10 % de tous les AGN émettent des faisceaux focalisés de particules à haute énergie, appelés jets. Ces jets jaillissent du voisinage direct du trou noir dans deux directions opposées, soutenus et guidés par des champs magnétiques dans le « disque d’accrétion » de la matière : le disque formé par le gaz tourbillonnant autour du trou noir et tombant dans celui-ci. Pour que nous puissions voir un AGN comme un blazar, quelque chose de très improbable doit se produire : la Terre, notre base d’observation, doit être exactement au bon endroit pour que le jet AGN pointe directement vers nous.
Le résultat est l’analogue astronomique de quelqu’un qui dirige le faisceau d’une lampe de poche très brillante directement dans vos yeux : un objet particulièrement brillant dans le ciel. De manière caractéristique pour un blazar, nous observons également des changements rapides de luminosité sur des échelles de temps de plusieurs jours, heures ou même moins, conséquence de changements aléatoires dans le disque d’accrétion tourbillonnant à la base du jet et d’instabilités dans l’interaction du jet entre champs magnétiques et particules chargées.
Trouver des noyaux galactiques actifs au tout début de l’univers
La nouvelle découverte est le résultat d’une recherche systématique de noyaux galactiques actifs dans l’univers primitif menée par Eduardo Bañados, chef de groupe à l’Institut Max Planck d’astronomie spécialisé dans le premier milliard d’années de l’histoire cosmique, et une équipe internationale d’astronomes. .
Comme la lumière met du temps à nous atteindre, nous voyons les objets lointains tels qu’ils étaient il y a des millions, voire des milliards d’années. Pour les objets les plus éloignés, le redshift cosmologique, dû à l’expansion cosmique, déplace leur lumière vers des longueurs d’onde beaucoup plus longues que les longueurs d’onde auxquelles la lumière a été émise. Bañados et son équipe ont exploité ce fait, recherchant systématiquement des objets qui étaient tellement décalés vers le rouge qu’ils n’apparaissaient même pas dans la lumière visible habituelle (du Dark Energy Legacy Survey, dans ce cas) mais qui étaient des sources lumineuses dans une enquête radio. (l’enquête VLASS 3 GHz).
Parmi les 20 candidats répondant aux deux critères, un seul, désigné J0410-0139, satisfaisait au critère supplémentaire consistant à présenter des fluctuations significatives de luminosité dans le régime radio, ce qui laisse penser qu’il s’agissait d’un blazar.
Les chercheurs ont ensuite creusé plus profondément, en utilisant une batterie de télescopes inhabituellement grande, y compris des observations dans le proche infrarouge avec le New Technology Telescope (NTT) de l’ESO, un spectre avec le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, des spectres supplémentaires dans le proche infrarouge avec le LBT, l’un des les télescopes Keck et Magellan, les images aux rayons X des télescopes spatiaux XMM-Newton de l’ESA et Chandra de la NASA, les observations d’ondes millimétriques avec l’ALMA et la NOEMA et des observations radio plus détaillées avec les télescopes VLA de l’Observatoire national de radioastronomie des États-Unis pour confirmer le statut de l’objet en tant qu’AGN, et plus particulièrement en tant que blazar.
Les observations ont également donné la distance de l’AGN (via le redshift) et ont même trouvé des traces de la galaxie hôte dans laquelle l’AGN est intégré. La lumière provenant de ce noyau galactique actif a mis 12,9 milliards d’années pour nous parvenir (z=6,9964), transportant des informations sur l’univers tel qu’il était il y a 12,9 milliards d’années.
“Là où il y en a un, il y en a cent de plus”
Selon Bañados, « le fait que J0410-0139 soit un blazar, un avion à réaction qui, par hasard, pointe directement vers la Terre, a des implications statistiques immédiates. Pour faire une analogie réelle, imaginez que vous lisiez l’histoire de quelqu’un qui a gagné 100 millions de dollars. à une loterie. Étant donné la rareté d’un tel gain, vous pouvez immédiatement en déduire qu’il doit y avoir beaucoup plus de personnes qui ont participé à cette loterie mais n’ont pas gagné une somme aussi exorbitante.
“De même, trouver un AGN avec un jet pointant directement vers nous implique qu’à cette époque, il devait y avoir de nombreux AGN au cours de cette période de l’histoire cosmique avec des jets qui ne nous pointaient pas.”
Pour faire court, selon les mots de Silvia Belladitta, post-doctorante au MPIA et co-auteur de la présente publication, “Là où il y en a un, il y en a cent de plus”.
La lumière du précédent détenteur du record du blazar le plus éloigné a mis environ 100 millions d’années de moins pour nous parvenir (z = 6,1). Les 100 millions d’années supplémentaires peuvent sembler courts si l’on considère que nous regardons en arrière il y a plus de 12 milliards d’années, mais elles font une différence cruciale. C’est une époque où l’univers évolue rapidement. Au cours de ces 100 millions d’années, un trou noir supermassif peut augmenter sa masse d’un ordre de grandeur.
Sur la base des modèles actuels, le nombre d’AGN aurait dû être multiplié par cinq à dix au cours de ces 100 millions d’années. Découvrir qu’un tel blazar a existé il y a 12,8 milliards d’années ne serait pas surprenant. Découvrir qu’un tel blazar a existé il y a 12,9 milliards d’années, comme dans ce cas, est une tout autre affaire.
Aider les trous noirs à se développer depuis 12,9 milliards d’années
La présence d’une population entière d’AGN dotés de jets à cette époque précoce a des implications significatives pour l’histoire cosmique et la croissance des trous noirs supermassifs au centre des galaxies en général. Les trous noirs dont l’AGN possède des jets peuvent potentiellement gagner de la masse plus rapidement que les trous noirs sans jets.
Contrairement à la croyance populaire, il est difficile pour le gaz de tomber dans un trou noir. La chose naturelle que le gaz doit faire est de tourner autour du trou noir, de la même manière qu’une planète tourne autour du soleil, avec une vitesse accrue à mesure que le gaz se rapproche du trou noir (« conservation du moment angulaire »). Pour tomber, le gaz doit ralentir et perdre de l’énergie. Les champs magnétiques associés au jet de particules, qui interagissent avec le disque tourbillonnant de gaz, peuvent fournir un tel « mécanisme de freinage » et aider le gaz à tomber.
Cela signifie que les conséquences de cette nouvelle découverte sont susceptibles de devenir un élément constitutif de tout futur modèle de croissance des trous noirs dans l’univers primitif : elles impliquent l’existence d’une abondance de noyaux galactiques actifs il y a 12,9 milliards d’années qui possédaient des jets, et donc possédait les champs magnétiques associés qui peuvent aider les trous noirs à se développer à une vitesse considérable.
Plus d’informations :
Eduardo Bañados et al, Un blazar à l’époque de la réionisation, Astronomie naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41550-024-02431-4
Eduardo Bañados et al, (C ii) Propriétés et variabilité infrarouge lointain de az = 7 Blazar, Les lettres du journal astrophysique (2024). DOI : 10.3847/2041-8213/ad823b
Fourni par la Société Max Planck
Citation: La découverte lointaine d’un blazar soutient la formation rapide de trous noirs dans l’univers primitif (18 décembre 2024) récupéré le 19 décembre 2024 sur
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