Cool Gas entoure le trou noir supermassif de la voie lactée



Au centre de la Voie lactée se cache un géant sombre, un trou noir supermassif qui attire les étoiles et les gaz sur lesquels il se régale. Comme tous les trous noirs, celui-ci est un mangeur trop lourd, entouré de matériaux accumulés qu’il ne peut pas consommer immédiatement: un disque d’accrétion, une masse de gaz incandescente chauffée par frottement lorsqu’il tourbillonne autour de la gueule du géant. De nouvelles observations font maintenant allusion à la présence de régions du disque entourant le trou noir central de la Voie lactée encore jamais vues auparavant, ouvrant une nouvelle fenêtre sur le cœur sombre de notre galaxie.

Malgré la présence de ces soi-disant noyaux galactiques au milieu de la plupart des galaxies, les trous noirs supermassifs restent un mystère cosmique. Parce qu'ils possèdent des forces gravitationnelles suffisamment puissantes pour piéger la lumière, les trous noirs sont par définition des choses que l'on ne peut pas vraiment voir directement. Pour les repérer et les étudier, les scientifiques doivent s’appuyer sur les interactions gravitationnelles des trous noirs avec d’autres objets. Grâce à la grande taille et à la relative proximité du géant de notre propre galaxie, les astronomes peuvent même se rendre compte à quel point sa gravité guide les flux de gaz dans son gosier.

«C’est la première indication d’accroissement avec une direction de rotation», déclare Elena Murchikova, astrophysicienne en théorie à l’Institute for Advanced Study de Princeton, New Jersey, et auteur principal d’un article relatant les nouveaux résultats, publiée le 5 juin dans le journal La nature. Murchikova et ses collègues ont utilisé les données recueillies en 2015 par ALMA (Atomama Large Millimeter / Submilleter Metre Array) pour découvrir le disque d'accrétion fin de matériau extrêmement proche du trou noir qui envoie des flux de matériau en spirale. Des études antérieures avaient révélé un disque de gaz chaud plus éloigné du trou noir, susceptible d'alimenter le nouveau disque refroidisseur.

Bien que les chercheurs aient pu entrevoir le disque de gaz chaud autour du trou noir de la Voie lactée, ils n’avaient jamais pu mesurer directement la rotation du disque. «C’est la première preuve qui permette de voir directement le flux autour d’un trou noir», déclare Roger Blandford, co-auteur de l’étude qui se distingue par ses contributions aux études sur les trous noirs. Les modèles actuels de consommation du gaz dans le trou noir supermassif de la Voie lactée, connu sous le nom de Sagittarius A *, reposent sur des hypothèses concernant la distribution exacte des flux d'accrétion, et aucun d'entre eux ne traite du gaz froid, ce qui ne nous empêche pas de comprendre comment l'ombre géante de notre galaxie gobe ses repas. En suivant le mouvement des gaz plus froids, la nouvelle recherche offre une base plus solide, basée sur des données, aux chercheurs qui espèrent faire des sauts théoriques plus audacieux.

«C'est incroyable», déclare Smadar Naoz, astrophysicien théorique à l'Université de Californie à Los Angeles, qui ne faisait pas partie de l'étude. Naoz, qui fait partie du groupe du centre galactique de UCLA, est intrigué par l’origine du gaz froid et par ses interactions potentielles avec les étoiles et d’autres objets du centre galactique. Naoz soupçonne que des recherches encore plus approfondies sur l'environnement autour du Sagittaire A * pourraient se traduire par des avancées décisives dans notre compréhension des trous noirs supermassifs plus difficiles à observer dans tout l'univers. «Si nous pouvons comprendre comment les choses fonctionnent ensemble, nous pourrons peut-être avoir une bonne image des autres noyaux galactiques», dit-elle. On pense que les trous noirs dans de tels noyaux aident à façonner l'architecture, la composition et l'évolution globales des galaxies et des amas de galaxies. L’apprentissage des subtilités de leur comportement pourrait révéler de nouveaux détails fondamentaux sur la création de certaines des structures les plus importantes et les plus importantes de l’univers.

L'étude des flux de gaz froid autour du Sagittaire A * pourrait même résoudre l'énigme de G2, un objet étrange que les scientifiques prédisaient autrefois serait déchiré lors d'une rencontre rapprochée avec le trou noir en 2014. À leur grande surprise, au lieu d'être déchiquetés La force d'attraction gravitationnelle du trou noir, G2 a survécu à son périlleux passage autour du géant relativement indemne, ce qui a conduit certains chercheurs à affirmer qu'il s'agissait d'une étoile à linceul plutôt que d'un nuage de poussière. Naoz et d'autres théoriciens peuvent maintenant essayer de modéliser G2 soit comme une étoile, soit comme un nuage lorsqu'il interagit avec le disque de débris, pour éventuellement expliquer enfin son comportement étrange et en déterminer la véritable nature. Il est même possible, dit Naoz, que G2 et d’autres objets similaires alimentent le disque. «C’est un rêve de théoricien, un nouveau casse-tête que nous pouvons comprendre», dit-elle.

Un résultat controversé

Explorer la région autour du trou noir supermassif est un défi et pour le moment, seule ALMA est à la hauteur de la tâche (d'autres projets, tels que le réseau radio Event Horizon Telescope, peuvent également effectuer un zoom sur le Sagittarius A *, mais ne peuvent pas entrevoir de gaz frais pour l'instant. Là). Le rayonnement des environs du Sagittaire A * est environ 2 000 fois plus lumineux que le signal du gaz froid, explique Murchikova. Elle la compare à photographier une bougie tenue directement devant le soleil, puis soustraire la lumière du soleil. «Vous avez besoin d'un appareil photo vraiment parfait pour cela», dit-elle. ALMA fait l'affaire.

En partie parce qu’un seul instrument peut sonder si minutieusement cette région insaisissable, tout le monde n’est pas convaincu que Murchikova et ses collègues ont en fait repéré un disque cool. Reinhard Genzel, un vétéran des études sur les trous noirs à l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) qui a servi d'arbitre pour le journal, s'est dit «très intrigué» lorsqu'il a vu le résultat car personne n'avait réussi à observer le résultat. la rotation du gaz si proche d'un trou noir. Et bien que ALMA fournisse des détails incroyables qui n’ont pas encore été comparés par d’autres instruments, il se demande si les observations plus récentes de l’installation confirmeraient la présence du nuage froid. Il dit que de telles données de confirmation ne sont pas apparues. De même, Stefan Gillessen, astronome chez MPE qui a dirigé l’équipe qui a découvert G2 en 2012, explique que les nouvelles observations complètent celles faites par lui-même et ses collègues sur le centre galactique depuis 2004. Cependant, les observations de Gillessen n’ont révélé aucun signe de gaz froid.

Selon Murchikova, l’absence de gaz froid dans les données de Gillessen ne devrait pas surprendre. Bien que la combinaison d'années d'observation puisse affiner la vue de Sagittarius A *, il n'est pas garanti que de telles approches permettent de détecter la présence d'un signal extrêmement faible. «Nous avons eu un projet que rien sauf ALMA ne peut réaliser», dit-elle. Le télescope a été mis à niveau et agrandi depuis sa première apparition en 2011, ce qui pourrait expliquer pourquoi des observations antérieures d'ALMA, telles que celle de Gillessen, auraient pu manquer le gaz.

Un disque de gaz froid entourant le centre de la galaxie devrait également affecter son environnement de manière distincte et perceptible. Par exemple, Gillessen affirme qu’un tel disque aurait très probablement eu un impact sur la traversée de G2 à travers le centre galactique. Bien que l'objet ait ralenti quelque peu, il n'a pas montré de signes de collision ou de collision avec un disque de gaz invisible, dit-il. Geoff Bower, astronome à l'Institut d'astronomie et d'astrophysique Academia Sinica à Hawaii, qui a utilisé ALMA et d'autres instruments pour étudier le G2 en 2013, a également déclaré que son équipe n'avait vu aucune preuve de l'interaction de l'objet avec le gaz froid.

Naoz, cependant, n'est pas convaincu que le cloud aurait eu un effet important sur G2. Le disque est très dilué, avec une masse entre 10 et 100 000 fois inférieure à celle de notre soleil répartie sur un volume énorme autour du trou noir. En conséquence, dit-elle, cela pourrait ne pas affecter G2 du tout. «C’est comme tirer une balle dans un nuage», dit-elle. "La balle ne s’inquiète pas." Même si le gaz froid poussait G2 vers le coude, Murchikova affirme que les modifications de l’orbite seraient indétectablement minuscules.

Murchikova et ses collègues prévoient d’étudier à nouveau le réservoir de gaz froid présumé avec ALMA, cette fois à une résolution encore plus élevée, grâce aux mises à jour récentes de cet instrument. Les observations détaillées peuvent aider à expliquer un autre mystère – pourquoi le gaz est tellement plus brillant que prévu – tout en fournissant un deuxième aperçu confirmant la masse insaisissable de matériau froid.

Dans l’intervalle, la nouvelle recherche fournit une enquête intrigante, voire controversée, sur ce qui se passe au centre de la Voie lactée et des galaxies ailleurs dans le cosmos. «Sagittarius A * est le laboratoire ultime pour la physique de l'accrétion dans les trous noirs», déclare Bower. «Chaque nouvelle information donne une meilleure idée du processus très complexe par lequel le gaz tombe dans notre trou noir. Cela nous informe de la façon dont les trous noirs et les galaxies se développent au cours de l'histoire de l'univers. "