Des signaux de fumée en provenance du trou noir super-massif de la Galaxie
Publié par Adrien le 23/03/2019 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Une équipe internationale impliquant des chercheurs du CEA et du CNRS, vient de découvrir l'existence de deux bulles de gaz chaud s'échappant jusqu'à des distances d'environ 500 années-lumière, de part et d'autre de 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 terme environnement tend actuellement à prendre une...) du 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...) massif (Le mot massif peut être employé comme :) situé au centre de notre 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.). Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 21 mars 2019.

Tout comme les messages des amérindiens transmis par des bulles de fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules solides émis par un feu ou un échauffement mécanique. Ces particules sont principalement de la suie (du carbone...) visibles de loin, les "cheminées 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...) chaud" s'échappent de part et d'autre de l'environnement du trou noir massif situé au centre de notre galaxie, jusqu'à des distances d'environ 500 années-lumière. Ces bulles de gaz chaud, qui nous renseignent sur l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps...) intense du trou noir et des régions centrales galactiques, viennent d'être découvertes par une équipe internationale dont fait partie le département d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique...) du CEA-Irfu et des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...).

Un monstre endormi

Les régions situées au centre de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie...) représentent un véritable laboratoire pour l'astrophysique des hautes énergies (L’astrophysique des hautes énergies est la science qui étudie les objets astrophysiques tels que les trous noirs, naines blanches, pulsars, novae, quasars, microquasars, galaxies...). Elles ont déjà fait 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 être désigné...) de nombreuses études, notamment en rayons X, qui permettent de détecter les phénomènes les plus énergétiques de la région dont le gaz très chaud dans les environs immédiats du 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...) Sagittarius A*, situé au centre de notre galaxie. Ce trou noir central, de plus de 4 millions de fois la 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...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...), est actuellement largement inactif. Jusqu'ici, il est responsable seulement d'un fort rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) radio et d'une très faible émission de rayons X.

Pourtant, 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 appropriés. Le plaisir procuré...) récente par le satellite (Satellite peut faire référence à :) gamma de hautes énergies Fermi de larges structures vers le centre galactique, baptisées "bulles de Fermi", laisse soupçonner une possible violente activité dans le passé.


Image en rayons X de basse énergie de la région 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 Accipiter, soit constituent les 5 genres...) du centre galactique, obtenue avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) XMM-Newton entre 2016 et 2018, ainsi que des données d'archive [le code couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) indique l'énergie des rayons X détectés: rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) (1.5-2.6 keV), vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette...) (2.35-2.56 keV) et bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une...) (2.7-2.97 keV)]. Les sources ponctuelles ont été masquées et apparaissent comme des cercles blancs. La région totale couvre une dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) de 1 800 par 1 600 années-lumière) autour du trou noir massif Sgr A* au centre (marqué par un losange). Le plan de notre Galaxie est indiqué au milieu par la ligne horizontale (en pointillés blancs) ansi que la base des grandes "bulles de Fermi". Les deux ellipses blanches de part et d'autre ellipses (en pointillés) montrent les nouvelles structures en forme de cheminées mises en évidence par cette étude. © 'Ponti et al. Nature 2019, XMM-Newton

Des cheminées de gaz chaud

De 2016 à 2018, une équipe de chercheurs a mobilisé le satellite européen XMM-Newton pour établir une carte à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de...) de l'émission en rayons X de la région du centre de la galaxie. Cette équipe, composée d'astrophysiciens du département d'astrophysique du CEA-Irfu, du CNRS, du laboratoire Astroparticule et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine...) (APC, CNRS/Université Paris Diderot/CEA/Observatoire de Paris) et 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...) de planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains microscopiques jusqu'aux planètes géantes gazeuses.) et d'astrophysique de Grenoble (IPAG, CNRS/Université Grenoble Alpes) avec le soutien du Centre national d'études spatiales (CNES), ont établi près de cinquante nouvelles observations sur une durée de plusieurs dizaines d'heures (L'heure est une unité de mesure  :). Ces dernières se sont jointes aux observations déjà acquises par le satellite, en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) depuis près de vingt ans, et ont permis d'aboutir à une image spectaculaire.

La carte de l'émission en rayons X couvre une région de 1800 par 1500 années-lumière à la distance du centre galactique. Elle a révélé l'existence de véritables "cheminées" de gaz, deux structures en forme de cylindres, qui semblent remplies d'un gaz très chaud à des températures de plusieurs millions de degrés, et s'échappant de part et d'autre du centre de la galaxie. Ces cheminées culminent jusqu'à une hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) d'environ 500 années-lumière, perpendiculairement au-dessus du plan galactique, exactement dans l'axe des bulles de Fermi.


En haut: image du plan galactique en lumière visible. Au centre de l'image, le centre de la Galaxie abritant 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. L'histoire est inspiré du roman Vingt mille lieues sous les mers de Jules Verne.) massif est totalement obscurci par les poussières.En bas: image de la Galaxie observée en rayons gamma de très hautes énergies par le satellite Fermi. Du centre de la Galaxie de part et d'autre du plan galactique, deux grandes zones d'émission baptisées "bulles de Fermi" (soulignées par les ellipses) ont été découvertes en 2010. © Fermi/Nasa

Pour Andrea Goldwurm, du Département d'Astrophysique du CEA au laboratoire Astroparticule et cosmologie de Paris, et co-auteure de cette étude: "L'hypothèse la plus convaincante est que les cheminées de gaz chaud que nous avons découvertes pourraient être le canal qui transporte l'énergie de la région active du centre de la Galaxie vers l'extérieur, alimentant ainsi les bulles de Fermi, comme le suggère leur morphologie."

Néanmoins, le lien immédiat avec le trou noir super-massif n'est pas totalement éclairci, comme le rappelle Maïca Clavel, chercheure CNRS à l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble et co-auteure de cette publication: "Bien que ce lien ne puisse pas être entièrement exclu, en raison de l'intermittence probable de l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) d'énergie provenant des régions centrales, la carte de l'émission radio du trou noir n'appuie pas directement l'idée que les cheminées sont une continuation (En informatique, la continuation d'un système désigne son futur, c'est-à-dire la suite des instructions qu'il lui reste à exécuter à un moment précis. C'est un point de vue pour...) des lobes radio internes."

En dehors du trou noir massif, le centre de la galaxie est en effet très riche en étoiles. Il ne peut être exclu que l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de...) en chaine d'étoiles (supernovae) ou qu'un vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à...) de particules issu d'étoiles très massives, soit également une source d'énergie importante alimentant le gaz chaud des cheminées.

Néanmoins, le lien établi entre les cheminées de gaz découvertes par XMM et les grandes bulles de Fermi est un indice important démontrant que l'activité du centre de notre galaxie été très intense dans le passé, il y a seulement quelques millions d'années. Le trou noir central est plus que jamais sous surveillance.
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