Première détection d’une éruption dans l’infrarouge moyen dans Sagittarius A*, le trou noir massif supermassif de la Voie lactée

À l’aide de l’instrument MIRI embarqué sur le télescope spatial James Webb, une équipe internationale de scientifiques a détecté pour la première fois une éruption infrarouge moyenne provenant de Sagittarius A*, le trou noir massif supermassif situé au cœur de la Voie lactée. Lors d’observations radio simultanées, l’équipe a trouvé une contrepartie radio de l’éruption en retard dans le temps. L’article est publié sur le arXiv serveur de préimpression.

Les scientifiques observent activement Sagittaire A* (Sgr A*), un trou noir supermassif d’environ 4 millions de fois la masse du soleil, depuis le début des années 1990. Sgr A* présente régulièrement des éruptions qui peuvent être observées dans plusieurs longueurs d’onde, permettant aux scientifiques de voir différentes vues d’une même éruption et de mieux comprendre comment elle émet de la lumière et comment l’émission est générée. Malgré une longue histoire d’observations réussies, et même d’imagerie de la bête cosmique par le télescope Event Horizon en 2022, une pièce cruciale du puzzle – les observations dans l’infrarouge moyen (Mid-IR) – manquait jusqu’à présent.

La lumière infrarouge (IR) est un type de rayonnement électromagnétique qui a des longueurs d’onde plus longues que la lumière visible, mais des longueurs d’onde plus courtes que la lumière radio. L’IR moyen se situe au milieu du spectre infrarouge et permet aux astronomes d’observer des objets, comme des éruptions cutanées, qui sont souvent difficiles à observer dans d’autres longueurs d’onde en raison de la poussière impénétrable. Jusqu’à l’étude récente, aucune équipe n’avait encore réussi à détecter la variabilité de Sgr A* dans l’IR moyen, ce qui laisse une lacune dans la compréhension des scientifiques sur les causes des poussées et se demande si les modèles théoriques sont complets.

“L’éruption de Sgr A* évolue et change rapidement, en quelques heures, et tous ces changements ne sont pas visibles à toutes les longueurs d’onde”, explique Joseph Michail, l’un des principaux auteurs de l’article, chercheur postdoctoral à l’Université de Toronto. Harvard CfA. “Depuis plus de 20 ans, nous savons ce qui se passe dans la radio et ce qui se passe dans le proche infrarouge, mais la connexion entre eux n’a jamais été claire ou certaine à 100 %. Cette nouvelle observation dans le moyen infrarouge comble cette lacune et relie les deux.”

Les scientifiques ne sont pas sûrs à 100 % de la cause des éruptions, ils s’appuient donc sur des modèles et des simulations, qu’ils comparent avec les observations, pour tenter de comprendre d’où elles viennent. De nombreuses simulations suggèrent que les éruptions dans Sgr A* sont causées par le regroupement des lignes de champ magnétique dans le disque d’accrétion turbulent du trou noir supermassif. Lorsque deux lignes de champ magnétique se rapprochent, elles peuvent se connecter l’une à l’autre et libérer une grande quantité de leur énergie.

Le sous-produit de cette reconnexion magnétique – l’émission synchrotron – se produit lorsque des électrons sous tension se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière le long des lignes de champ magnétique du trou noir supermassif. Ils émettent des photons de rayonnement à haute énergie qui alimentent l’éruption.

Parce que la gamme spectrale de l’IR moyen se situe entre le submillimétrique et le proche infrarouge (NIR), elle garde secrets les secrets du rôle des électrons, qui doivent se refroidir pour libérer l’énergie nécessaire à l’alimentation des éruptions. Les nouvelles observations sont cohérentes avec les modèles et simulations existants, fournissant un élément de preuve supplémentaire solide pour étayer la théorie de ce qui se cache derrière les éruptions cutanées.

“Nos recherches indiquent qu’il pourrait y avoir un lien entre la variabilité observée aux longueurs d’onde millimétriques et l’émission de fusées infrarouges moyennes observée”, explique Sebastiano von Fellenberg, chercheur postdoctoral à l’Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR) et auteur principal. sur le nouveau papier.

Il ajoute que les résultats soulignent l’importance d’étendre les études multi-longueurs d’onde non seulement sur Sgr A*, mais aussi sur d’autres trous noirs supermassifs, comme M87*, pour avoir une image claire de ce qui se passe réellement à l’intérieur et au-delà de leurs disques d’accrétion.

“Bien que nos observations suggèrent que l’émission infrarouge moyenne de Sgr A* résulte effectivement d’une émission synchrotron provenant d’électrons refroidissants, il reste encore beaucoup à comprendre sur la reconnexion magnétique et la turbulence dans le disque d’accrétion de Sgr A*”, explique von Fellenberg. “Cette toute première détection dans l’IR moyen, et la variabilité observée avec le SMA, ont non seulement comblé une lacune dans notre compréhension de la cause de l’éruption de Sgr A*, mais ont également ouvert une nouvelle piste d’enquête importante.”

Des observations simultanées avec le réseau submillimétrique (SMA), le réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires (NuSTAR) et l’observatoire à rayons X Chandra ont complété une partie supplémentaire de l’histoire. Aucune éruption n’a été détectée lors des observations aux rayons X, probablement parce que cette éruption particulière n’a pas accéléré les électrons à des énergies aussi élevées que d’autres éruptions. Mais l’équipe a réussi lorsqu’elle s’est tournée vers le SMA, qui a détecté une éruption à ondes millimétriques en retard d’environ 10 minutes par rapport à l’éruption dans l’infrarouge moyen.

“Travailler sur la réduction et l’étalonnage des données de James Webb, qui est actuellement l’un des meilleurs télescopes dont nous disposons, était un rêve devenu réalité pour moi, et je suis vraiment reconnaissant pour l’incroyable mentorat de Sebastiano von Fellenberg et Gunther Witzel. Je J’ai hâte de travailler davantage dans ce domaine en poursuivant un doctorat après avoir obtenu mon diplôme cette année », déclare Tamojeet Roychowdhury, actuellement étudiant à l’Institut indien de technologie de Bombay.

“Nous construisons une image de plus en plus détaillée des processus qui se déroulent à proximité immédiate d’un trou noir supermassif. La qualité de nos données dans l’infrarouge moyen est un autre témoignage des énormes capacités techniques du télescope spatial James Webb”, conclut Witzel, chercheur au MPIfR.