Des jets éloignés peuvent nous montrer à quel point les trous noirs supermassifs deviennent si grands

La deuxième, dans une étude de pré-impression qui sera bientôt publiée dans l’Astrophysical Journal, est la découverte d’un jet astrophysique d’un trou noir supermassif à 12,7 milliards d’années-lumière et plus d’un milliard de fois plus massif que le soleil, découvert pour la première fois en 2018. L’équipe a utilisé Chandra X de la NASA -ray Observatory, qui recherche les émissions de rayons X des objets très chauds de l’univers, pour faire ces observations. C’est le jet astrophysique le plus éloigné jamais observé aux rayons X.

Chaque ensemble de découvertes bat certains records d’astronomie ésotérique, mais ce n’est pas pourquoi ils sont importants. Les deux aident à expliquer pourquoi les trous noirs supermassifs sont capables de se développer si rapidement même s’ils libèrent constamment de la matière à haute énergie. Ce que l’équipe a trouvé est la première preuve du genre que les jets encourager l’alimentation rapide d’un trou noir.

Lors de la première enquête, après que Magellan eut confirmé l’existence du trou noir, l’équipe a utilisé d’autres instruments, comme le Very Large Telescope au Chili, pour discerner d’autres propriétés du trou noir et de son jet, comme la masse.

Les données supplémentaires montrent comment les jets encouragent l’alimentation. L’intense force gravitationnelle du trou noir tente d’attirer des quantités massives de gaz et de poussière dans son horizon d’événements (le point de non-retour). Cette matière a un moment cinétique, ce qui signifie qu’elle ne se contente pas de tomber directement, elle tourne autour de l’horizon des événements. Pendant ce temps, la pression de rayonnement dans la zone (créée par le frottement et la contrainte dans le disque de matière en orbite se réchauffant jusqu’à ce qu’il brille) continue de pousser le gaz loin de l’horizon des événements.

Ce qui se passe est un peu complexe, mais essentiellement le faisceau de particules hautement énergisées du jet enlève le moment angulaire du gaz lorsqu’il se déplace vers l’extérieur. Et contrairement à la pression de rayonnement, qui brille et pousse dans toutes les directions, le jet est étroit et il est donc à peine capable d’interagir et d’affecter les couches de gaz moins denses plus éloignées. Avec un moyen pour le gaz de perdre son moment angulaire avec peu de recul, une grande partie du gaz entourant l’horizon des événements tombe tout simplement.

«De cette façon, le jet garantit que le trou noir ne travaille pas activement contre lui-même – il est capable de continuer à s’alimenter», explique Thomas Connor, astronome de la NASA et co-auteur des deux articles. Bien que les scientifiques aient soupçonné que les jets pourraient jouer un rôle en encourageant le processus d’alimentation, «jusqu’à présent, nous n’avons pas vraiment vu de preuves convaincantes à ce sujet», dit-il.

L’étude aux rayons X renforce cette idée. Ces observations ont révélé que le jet a parcouru 150 000 années-lumière de sa source, ce qui en fait la première observation aux rayons X de jets de plus de quelques milliers d’années-lumière. «Cette détection par rayons X à grande échelle signifie que nous avons utilisé ces jets pendant des périodes incroyablement longues», déclare Connor. Ce ne sont pas simplement des blips transitoires, mais ils ont duré des centaines de milliers d’années – suffisamment de temps pour aider un trou noir supermassif à se nourrir et à se développer très rapidement. «Nous savons maintenant qu’il s’agit d’un processus à long terme, et c’est ainsi que ces jets sont en fait capables d’aider ces trous noirs supermassifs à s’accumuler», dit-il. «C’est la pièce manquante qui relie 15 ans de théorie à notre situation actuelle.»

Les deux études aident à jeter les bases de résultats de suivi qui pourraient nous aider à en savoir plus sur la façon dont les trous noirs supermassifs ont évolué et ont contribué à façonner l’univers primitif. Nous avons maintenant une meilleure idée de la façon de rechercher les trous noirs de ces temps anciens, ainsi que la compréhension que davantage d’observations aux rayons X pourraient être essentielles pour apprendre comment fonctionne la dynamique d’alimentation par jet.

Pour Connor, ces observations supplémentaires seront la clé. Et il est assez encouragé après le coup de poing de cette semaine. La découverte «indique qu’il y a beaucoup plus de ces objets là-bas», dit-il, «et j’espère que nous pourrons battre à nouveau le record de distance assez tôt.