Un filament de gas à haute vitesse éclipse un trou noir supermassif

Une équipe internationale d'astronomes a découvert que le trou noir supermassif au coeur de la galaxie NGC 5548 a récemment subi une étrange transformation, rarement observée dans de telles galaxies actives. Les chercheurs ont détecté une structure de gas floconneuse s'échappant à haute vitesse et bloquant 90% des rayons X émis par le trou noir supermassif au centre de la galaxie. Cette activité nous procure une vue inédite de l'interaction entre les trous noirs supermassifs et leurs galaxies hôtes.

Cette découverte, faite par une équipe internationale dirigée par Dr Jelle Kaastra, du SRON Netherlands Institute for Space Research, a été rendue possible grâce à une intensive campagne d'observation avec les observatoires spatiaux majeurs de l'ESA et de la NASA : XMM-Newton, the Hubble Space Telescope, Swift, NuSTAR, Chandra et INTEGRAL.

Bien que l'on connaisse déjà des exemples de telles structures gazeuses, c'est la première fois que l'on voit le filament traverser notre ligne de visée. Cette coïncidence unique a permis aux chercheurs d'en conclure l'existence du processus longtemps prédit d'écrantage, qui est requis afin d'accélérer de puissants « vents » de gaz à de très haute vitesse.

Ces résultats sont publiés dans la revue Science.

Image de la galaxie NGC 5548 prise au télescope de 1.3m du MDM Observatory. Crédits: Dr. Misty Bentz

La matière tombant dans le trou noir s'échauffe fortement et émet du rayonnement X et ultraviolet. Le rayonnement ultraviolet peut propulser des vents de gaz. Ces vents peuvent être si forts qu'ils arrivent à souffler tout le gaz aux alentours, qui, sinon, aurait fini par être avalé par le trou noir. Les vents provenant des trous noirs peuvent donc réguler à la fois la croissance du trou noir et de sa galaxie hôte.

Mais les vents ne peuvent apparaître que s'ils sont protégés des rayons X au moment de leur formation. Le filament de gaz découvert ici dans la galaxie de Seyfert NGC 5548 – une des sources de ce type les plus étudiées ces dernières décennies – apporte cette protection. Il semble que ce filament a été en place pendant au moins trois ans.

Immédiatement après l'observation de NGC 5548 par le Hubble Space Telescope, le 22 juin 2013, l'équipe a découvert un comportement inattendu dans les données : un gaz bien plus froid qu'observé précédemment est apparu, indiquant que le vent s'est fortement refroidi, à cause d'une diminution importante de l'émission ionisant de rayons X provenant du noyau.

Après avoir combiné et analysé les données des six observatoires, l'équipe a pu reconstituer les pièces du puzzle. Les trous noirs supermassifs, comme celui présent dans NGC 5548, éjectent de grandes quantités de matière au travers de puissants vents de gaz ionisé. Par exemple, le vent persistant de NGC 5548, connu depuis deux décennies, atteint des vitesses dépassant 1000 km/s.

Mais maintenant une nouvelle sorte de vent est apparue, bien plus puissant et plus rapide que le vent persistant. Celui-ci atteint une vitesse de plus de 5000 km/s et se situe bien plus près du noyau. Le gaz contenu dans ce vent bloque 90 % des rayons X de basse énergie émis à proximité du trou noir et cache près du tiers de la région qui émet le rayonnement ultraviolet, situé à une distance de quelques jours-lumière du trou noir.

À cause de cet écrantage, le vent persistant loin du noyau reçoit moins de rayonnement et se refroidit. Ce refroidissement se traduit par des signatures caractéristiques dans le spectre ultraviolet du vent observé par Hubble. Ces signatures nous permettent de localiser précisément le vent persistent le plus intense.

De fortes absorptions de rayons X ont été observées dans d'autres sources, et elles ont été attribuées par des nuages traversant la ligne de visée. Cependant, dans ce cas, grâce à la combinaison des observations XMM-Newton et Hubble, nous savons que cette absorption est due à un filament de gaz s'échappant à très grande vitesse à proximité immédiate du trou noir, provenant peut-être même du disque d'accrétion lui-même.

Une nouvelle création par Renaud Person, un des « Worlds Director » du célèbre jeux video « Assassin's Creed » © Ubisoft. Le film nous emmène dans un voyage au coeur de NGC5548, et nous aide à visualiser les découvertes présentées dans cette étude.