La naissance turbulente d'un quasar

ALMA révèle les secrets de la galaxie la plus brillante de l'Univers

La galaxie la plus brillante découverte à ce jour dans l'Univers – le quasar W2246-0526, qui nous apparaît tel qu'il était lorsque l'Univers était âgé d'un milliard d'années seulement – est si active qu'elle est sur le point d'éjecter l'ensemble du gaz permettant de créer de nouvelles étoiles. En attestent de nouvelles observations effectuées grâce au Vaste Réseau (Sub-) Millimétrique de l'Atacama (ALMA).

Les quasars sont de lointaines galaxies dont les cœurs abritent des trous noirs supermassifs très actifs d'où s'échappent de puissants jets de matière et d'énergie. La plupart des quasars brillent intensément. Quelques-uns de ces objets énergétiques [1] figurent toutefois parmi les Hot DOGs – des galaxies chaudes, obscurcies par la poussière. Telle la galaxie WISE J224607.57-052635.0 [2], la plus brillante des galaxies découvertes à ce jour dans l'Univers.

Une équipe de chercheurs menée par Tanio Díaz-Santos de l'Université Diego Portales de Santiago au Chili, a pour la première fois utilisé le potentiel unique d'ALMA [3] pour sonder l'intérieur de W2246-0526 et suivre le mouvement des atomes de carbone ionisés entre les étoiles de la galaxie.

“De vastes quantités de cette matière interstellaire ont été découvertes dans un état de turbulence extrême, se déplaçant au travers de la galaxie à quelques deux millions de kilomètres par heure”, précise Tanio Díaz-Santos, auteur principal de cette étude.

Les astronomes pensent que cet état de turbulence pourrait être lié à l'extrême brillance de la galaxie. W2246-0526 émet autant de lumière que 350 milliards de Soleils réunis. Cette exceptionnelle luminosité résulte de l'échauffement que subit un disque de gaz à mesure qu'il décrit une spirale autour du trou noir supermassif situé au centre de la galaxie. L'extraordinaire rayonnement émis par le disque d'accrétion au centre de ce Hot DOG ne s'échappe pas directement: il est absorbé par une épaisse couche de poussière environnante, qui le réémet sous forme de lumière infrarouge [4].

Cette puissante source de lumière infrarouge a un impact direct et violent sur la galaxie toute entière. La région située à proximité du trou noir apparaît 100 fois plus lumineuse que la somme des autres parties de la galaxie, libérant un rayonnement intense mais localisé à l'intérieur de W2246-0526 qui exerce une incroyable pression sur la galaxie toute entière [5].

“Parce qu'elle libère une énorme quantité de rayonnement infrarouge, nous nous doutions que cette galaxie était en pleine phase de transformation” précise Peter Eisenhardt, co-auteur de l'étude et responsable du projet WISE au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie.

“ALMA nous a montré que la fournaise qui règne au sein de cette galaxie fait surchauffer la marmite”, ajoute Roberto Assef de l'Université Diego Portales, responsable des observations d'ALMA.

Si ce régime turbulent se poursuit, l'intense rayonnement infrarouge devrait expulser l'intégralité du gaz interstellaire de cette galaxie. Des modèles galactiques reposant sur ces nouvelles données d'ALMA indiquent que du gaz interstellaire s'échappe déjà de la galaxie, dans toutes les directions.

“Si cette tendance se poursuit, il se peut que W2246 se transforme en un quasar plus traditionnel”, conclut Manuel Aravena, également de l'Université Diego Portales. “Seul ALMA, doté de sa résolution inégalée, peut nous permettre d'observer cet objet en haute définition et de suivre un épisode si important dans la vie d'une galaxie”.

Notes
[1] Seul un quasar sur 3000 est classé Hot DOG.
[2] La dénomination complète de cet objet remarquable est WISE J224607.57-052635.0. Il fut découvert par le télescope spatial de sondage infrarouge à grand champ WISE de la NASA. Le reste de son appellation indique la localisation précise du quasar sur le ciel.
[3] ALMA se distingue des autres instruments par sa capacité à détecter la faible émission de l'atome de carbone dans le domaine millimétrique.
[4] En raison de l'expansion de l'Univers, le rayonnement infrarouge émis par W2246-0526 est détecté, depuis la Terre, dans le domaine millimétrique auquel ALMA est sensible.
[5] La plupart des autres quasars affichent un rapport de luminosité bien plus modeste. Ce processus d'interaction mutuelle entre le trou noir central de la galaxie et le reste de la matière qu'elle contient a été baptisé rétroaction par les astronomes.