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Posté par Michel le Vendredi 30/09/2011 à 00:00
L'environnement d'un trou noir supermassif révélé
Une équipe internationale d'astronomes, à laquelle participent deux chercheurs CNRS (1), vient de dévoiler de nouvelles données sur l'environnement immédiat d'un des plus brillants trous noirs supermassifs connus. Les scientifiques ont découvert l'existence d'une couronne de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) très chaude, d'une dizaine de millions de degrés, gravitant à proximité de ce trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper...). Ils ont également mis en évidence la présence de vents puissants formés de nuages de gaz denses et froids, eux-mêmes pris dans un gaz plus diffus et plus chaud. Selon les astronomes, ces vents sont éjectés loin du trou noir et du centre de la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs...) à des vitesses dépassant les 700 km/s. Obtenus grâce à cinq télescopes spatiaux, principalement XMM-Newton et INTEGRAL de l'ESA (2), ces résultats font déjà l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut...) de sept articles publiés à partir du 29 septembre dans la revue Astronomy & Astrophysics. Ils permettent de mieux interpréter les observations obtenues pour d'autres « galaxies à trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de masses solaires. C'est le type de trou noir le plus grand, après le -- encore hypothétique...) ».

Des trous noirs supermassifs de plusieurs centaines de millions de masses solaires résident au centre de la plupart des galaxies massives. Contrairement à ce que l'on pourrait croire, ils n'absorbent pas toute la matière (gaz et poussières) qui les entoure. Gaz et poussières chutent vers le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979....) en formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque...) généralement un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet...), en rotation autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de celui-ci. Cette chute s'accompagne de la libération d'une quantité prodigieuse de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.), principalement ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) et X. Cette émission est parfois si forte qu'elle arrive à repousser une partie de la matière loin du trou noir, sous la forme de vents pouvant atteindre des vitesses de plusieurs centaines de km/s. Mais, l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...) des trous noirs supermassifs demeure mal connu à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...): quelle matière constitue les abords d'un tel trou noir ?, où et comment se créent les flots (Flots) de matière observés à proximité ?

Une équipe internationale d'astrophysiciens est parvenue à observer, cartographier et caractériser, avec une précision jusqu'à présent inégalée, l'environnement de l'un des plus brillants trous noirs supermassifs connus, situé au cœur de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) lointaine Markarian 509. Pour obtenir cette vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) sans précédent des régions centrales de Mkn 509, les chercheurs se sont appuyés sur cinq grands télescopes spatiaux. Temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) fort de la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est...) réalisée fin 2009: l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) répétée et simultanée pendant 6 semaines par les satellites de l'ESA, XMM-Newton et INTEGRAL, du rayonnement des domaines visible à gamma, émis par Mkn 509 (3).


Gaz et poussières autour d'un trou noir. Si une partie de cette matière est attirée et sera, finalement, "avalée" par le trou noir, une autre est éjectée au loin, sous forme de vents.
© NASA/CXC/M.Weiss

Une couronne chaude, comme convertisseur d'énergie

Premier résultat: ce trou noir supermassif, d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) de 300 millions de fois celle du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...), est entouré d'un disque de gaz rayonnant dans l'ultraviolet (4). Les chercheurs ont observé la présence d'un gaz très chaud (de quelques millions de degrés celsius) formant une couronne qui graviterait au-dessus du disque. Cette couronne absorberait le rayonnement ultraviolet pour le réémettre à plus haute énergie, dans le domaine des rayons X de faible énergie (rayonnement cependant plusieurs centaines de fois plus énergétique que la lumière visible). La découverte de l'existence de cette couronne très chaude permet aux chercheurs de mieux comprendre les observations obtenues pour d'autres galaxies actives (abritant un trou noir supermassif en leur centre), jusqu'à présent difficiles à interpréter.

Des nuages de gaz denses et froids

Pour la première fois, les scientifiques ont démontré que les vents de matière expulsés du cœur de Mkn 509 étaient constitués d'au moins cinq composantes distinctes, dont les températures s'échelonnent entre 20 000 et 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) de degrés celsius. Ils ont également mis en évidence que la majorité du gaz présent dans ces vents provient de régions situées à 15 années-lumière environ du trou noir central. Ces vents sont constitués de nuages de gaz denses et froids, baignant dans un gaz plus diffus et plus chaud.

Des signes de collisions entre galaxies

Les chercheurs ont également obtenu des informations sur le gaz interstellaire constituant la galaxie hôte, Mkn 509. Ce gaz est fortement ionisé par l'émission de rayons X provenant de la source X centrale: les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) sont dépouillés d'une partie, voire de tous leurs électrons lorsqu'ils sont irradiés par une puissante source de rayonnement X. La présence de ce gaz à plusieurs centaines de milliers d'années-lumière du trou noir central a ainsi été mise en évidence. Tombant à une vitesse (On distingue :) de quelques centaines de km/s sur Mkn 509, ce gaz pourrait provenir d'une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) passée entre cette galaxie et une galaxie plus petite, collision qui pourrait être responsable de l'activité actuelle de Mkn 509.


Ce consortium rassemble 26 astrophysiciens issus de 21 organismes du monde (Le mot monde peut désigner :) entier: Jelle Kaastra, Elisa Costantini, Rob Detmers, Jacobo Ebrero, Peter Jonker, Ciro Pinto, Eva Ratti, Cor de Vries de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un...) néerlandais pour la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) spatiale (SRON) ; Pierre-Olivier Petrucci, , chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut de planétologie et astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets...) de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier) en France ; Massimo Cappi, Mauro Dadina (INAF-IASF Bolognam Italy); Nahum Arav (Virginia Tech, USA) ; Ehud Behar (Technion, Israel) ; Stefano Bianchi (Roma Tre, Italy) ; Josh Bloom, Chris Klein (Berkeley, USA); Alex Blustin (University of Cambridge, UK); Graziella Branduardi-Raymont, Missagh Mehdipour, Rebecca Smith (UCL, UK); Jerry Kriss (STSI & Johns Hopkins University, USA) ; Piotr Lubinski (Torun, Poland) ; Julien Malzac, chercheur CNRS à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Université Paul Sabatier) en France ; Stéphane Paltani (ISDC Geneva, Switzerland) ; Gabriele Ponti (Southampton, UK) et Katrien Steenbrugge (UCN, Chile & University of Oxford, UK).

Notes:

(1) En France, les deux laboratoires impliqués sont l'Institut de planétologie et astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier) et l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Université Paul Sabatier).

(2) Agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes...) européenne

(3) Le spectromètre LETG du satellite (Satellite peut faire référence à :) X Chandra (Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la mission STS-93.) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence...), ainsi que par le spectromètre COS du télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres...) ont complétés ces observations. Le satellite (Satellite peut faire référence à :) X Swift a également été utilisé en amont et en aval afin de suivre le comportement de la source avant et après la campagne.

(4) Rayonnement un peu plus énergétique que la lumière visible, mais beaucoup moins énergétique que les rayons X


Référence:

Les premiers résultats de cette campagne seront publiés dans une série de 7 articles dans la revue Astronomy & Astrophysics publiés à partir du 29 septembre 2011. D'autres papiers sont en préparation.


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Source: CNRS