Vidéos: la nature du petit déjeuner des trous noirs à l'aube cosmique
Publié par Redbran le 20/12/2019 à 14:00
Source: ESO
Grâce au Very Large Telescope de l'ESO, des astronomes ont observé des réservoirs de gaz froid en périphérie de galaxies parmi les plus anciennes de l'Univers. Ces halos de gaz constituent le repas de prédilection des trous noirs supermassifs situés au centre de ces galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.), qui nous apparaissent aujourd'hui telles qu'elles étaient voici 12,5 milliards d'années. Une telle abondance de nourriture pourrait expliquer la croissance si rapide de ces monstres cosmiques durant une période historique de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) baptisée Aube Cosmique.


Un halo 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...) observé par MUSE entourant une fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion...) de galaxies capturée par ALMA. ESO

“Nous sommes à présent - et pour la toute première fois - en mesure de démontrer que les galaxies primitives disposaient, en leur périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite...), d'un stock de nourriture suffisant pour alimenter, tant la croissance des trous noirs supermassifs qu'une intense formation stellaire” déclare Emanuele Paolo Farina 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...) Max Plack dédié à l'Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue avec la mécanique...) à Heidelberg (Heidelberg est une ville d'Allemagne située dans la vallée du Neckar, au nord-ouest du Land de Bade-Wurtemberg. Le nom de "Heidelberg" provient peut-être de Heidelbeere qui veut dire myrtille en allemand...) en Allemagne, qui a dirigé ce travail de 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...) publié 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 rapport à minuit heure locale) et sa...) au sein de la revue The Astrophysical Journal. “Ce résultat apporte une pièce essentielle au puzzle de la formation des structures cosmiques datée de plus 12 milliards d'années que les astronomes tentent de reconstituer".

Les astronomes se sont interrogés sur la croissance si rapide des trous noirs supermassifs au tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) début de l'histoire de l'Univers. ”L'existence précoce de ces monstres dont 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...) excède plusieurs milliards de masses solaires constitue un véritable mystère” précise Emanuele Paolo Farina, par ailleurs affilié à l'Institut Max Planck dédié à l'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...) de Garching bei München. Cela signifie que les premiers trous noirs, dont la formation résulte probablement de l'effondrement gravitationnel des premières étoiles, ont connu un épisode de croissance particulièrement rapide. Jusqu'à présent toutefois, les astronomes n'étaient pas parvenu à localiser la “source de nourriture des trous noirs” - le gaz et la poussière - en quantités suffisantes pour expliquer leur croissance rapide.

En outre, de précédentes observations effectuées au moyen d'ALMA, le Vaste Réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) (Sub-)Millimétrique de l'Atacama, avaient mis au jour l'existence, au sein de ces premières galaxies, de vastes réservoirs de poussière et de gaz ayant alimenté la formation rapide des étoiles. Ces observations d'ALMA laissaient entrevoir le peu de nourriture encore disponible pour assurer la croissance d'un 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 (à...).

Afin de résoudre ce mystère, Farina et ses collègues ont utilisé l'instrument MUSE qui équipe le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations (moins de...) chilien de l'Atacama et l'ont pointé en direction de quasars - des objets extrêmement brillants alimentés par des trous noirs supermassifs situés au coeur de galaxies massives. L'étude a porté sur 31 quasars qui nous apparaissent tels qu'ils étaient voici plus de 12,5 milliards d'années, époque à laquelle l'Univers était encore un nourrisson (On désigne par le mot nourrisson la période entre l'âge d'un mois et de deux ans chez un bébé. Avant cette période, on parlera d'un nouveau-né....), âgé de quelque 870 millions d'années seulement. Il s'agit de l'un des échantillons les plus étendus de quasars datant des tout débuts de l'Univers à faire 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...) d'une telle étude.

Les astronomes ont découvert la présence, en périphérie de 12 de ces quasars, d'énormes réservoirs de gaz: des halos de gaz d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) dense et froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) s'étendant à 100 000 années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) des trous noirs centraux et dotés de masses équivalant à plusieurs milliards de masses solaires. L'équipe, composée de scientifiques issus de laboratoires allemands, états-uniens, italiens et chiliens, a également mis en évidence l'existence d'un lien étroit entre ces halos de gaz et les galaxies. Ainsi, ces vastes réservoirs de gaz constituent-ils la nourriture parfaite pour soutenir la croissance des trous noirs supermassifs ainsi que l'intense formation stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.).

Ce travail de recherche a été permis par l'extrême sensibilité de MUSE, l'Explorateur Spectroscopique Multi-Unités installé sur le VLT de l'ESO. Aux dires d'Emanuele Paolo Farina, cet instrument a opéré une véritable révolution dans l'étude des quasars. “Quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :) consacrées à 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...) de chaque cible nous ont suffi pour sonder les environs des trous noirs les plus massifs et les plus voraces de l'Univers jeune” précise-t-il. Les quasars sont brillants, au contraire des réservoirs de gaz périphériques beaucoup plus difficiles à observer. Mais l'instrument MUSE fut capable de détecter la faible lueur émise par le gaz d'hydrogène qui compose le halo, permettant aux astronomes de mettre au jour l'existence de ces stocks de nourriture qui alimentent les trous noirs supermassifs de l'Univers jeune.

A l'avenir, l'Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO révèlera aux scientifiques moult détails concernant les galaxies et les trous noirs supermassifs peuplant l'Univers deux milliards d'années seulement après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que...). “La puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) délivrée par l'ELT nous permettra de sonder plus en profondeur l'Univers jeune à la recherche d'un plus grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de nébuleuses de gaz de ce type” conclut Emanuele Paolo Farina.

ESOcast 214 Light: Le Petit-Déjeuner des Trous Noirs durant l'Aube Cosmique

Un halo de gaz observé en 3D par MUSE entoure une fusion de galaxies capturée par ALMA

Animation artistique représenatnt un quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source d'énergie électromagnétique, incluant la lumière. Les quasars visibles de la Terre montrent tous un décalage vers le rouge très...) distant entouré d'un halo de gaz
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