Astronomers discover biggest ever seen black hole jets, which blast hot plasma well beyond their own host galaxy
by California Institute of Technology
Des astronomes découvrent les plus grands jets de trous noirs jamais observés, qui projettent du plasma chaud bien au-delà de leur propre galaxie hôte
par California Institute of Technology
Illustration d'artiste du plus long système de jets de trous noirs jamais observé. Surnommés Porphyrion d'après un géant grec mythologique, ces jets s'étendent sur environ 7 mégaparsecs, soit 23 millions d'années-lumière. Cela équivaut à aligner 140 galaxies de la Voie lactée dos à dos. Porphyrion remonte à une époque où notre univers avait moins de la moitié de son âge actuel. À cette époque reculée, les filaments filamenteux qui relient et alimentent les galaxies, connus sous le nom de toile cosmique, étaient plus proches les uns des autres qu'ils ne le sont aujourd'hui. Par conséquent, cette paire de jets colossale s'étendait sur une plus grande partie de la toile cosmique par rapport aux jets similaires de notre univers proche. La découverte de Porphyrion implique donc que les jets de l'univers primitif ont pu influencer la formation des galaxies dans une plus grande mesure qu'on ne le pensait auparavant. Crédit : E. Wernquist / D. Nelson (Collaboration IllustrisTNG) / M. Oei
Des astronomes ont repéré la plus grande paire de jets de trous noirs jamais observée, d'une longueur totale de 23 millions d'années-lumière. Cela équivaut à aligner 140 galaxies de la Voie lactée dos à dos.
"Cette paire n'a pas seulement la taille d'un système solaire ou d'une Voie lactée ; nous parlons d'environ 140 diamètres de Voie lactée au total", explique Martijn Oei, chercheur postdoctoral à Caltech et auteur principal d'un article de Nature rapportant ces découvertes. "La Voie lactée ne serait qu'un petit point dans ces deux éruptions géantes".
La mégastructure à jets, surnommée Porphyrion d'après un géant de la mythologie grecque, remonte à une époque où notre univers avait 6,3 milliards d'années, soit moins de la moitié de son âge actuel de 13,8 milliards d'années. Ces jets violents, d'une puissance totale équivalente à des milliers de milliards de soleils, jaillissent d'en haut et d'en bas d'un trou noir supermassif au cœur d'une galaxie lointaine.
Avant la découverte de Porphyrion, le plus grand système de jets confirmé était Alcyoneus, également nommé d'après un géant de la mythologie grecque. Alcyoneus, qui a été découvert en 2022 par la même équipe qui a découvert Porphyrion, s'étend sur l'équivalent d'environ 100 voies lactée. À titre de comparaison, les célèbres jets Centaurus A, le système de jets majeur le plus proche de la Terre, s'étendent sur 10 voies lactée.
La dernière découverte suggère que ces systèmes de jets géants pourraient avoir eu une influence plus importante sur la formation des galaxies dans le jeune univers qu'on ne le pensait auparavant.
Porphyrion existait à une époque reculée où les filaments fins qui relient et alimentent les galaxies, connus sous le nom de toile cosmique, étaient plus proches les uns des autres qu'ils ne le sont aujourd'hui. Cela signifie que d'énormes jets comme Porphyrion ont atteint une plus grande partie de la toile cosmique que les jets de l'univers local.
Crédit : S. Landis & K. Rappaport (Science Communication Lab)
"Les astronomes pensent que les galaxies et leurs trous noirs centraux co-évoluent, et l'un des aspects clés de cette théorie est que les jets peuvent diffuser d'énormes quantités d'énergie qui affectent la croissance de leurs galaxies hôtes et d'autres galaxies proches d'elles", explique le co-auteur George Djorgovski, professeur d'astronomie et de science des données à Caltech. "Cette découverte montre que leurs effets peuvent s'étendre bien plus loin que nous le pensions".
Dévoilement d'une vaste population
Le système de jets Porphyrion est le plus grand découvert jusqu'à présent lors d'une étude du ciel qui a révélé un nombre choquant de mégastructures faibles : plus de 10 000. CeUne population massive de jets gargantuesques a été découverte grâce au radiotélescope européen LOFAR (LOw Frequency ARray).
Si des centaines de grands systèmes de jets étaient connus avant les observations de LOFAR, on pensait qu'ils étaient rares et en moyenne plus petits que les milliers de systèmes découverts par le radiotélescope.
« Les jets géants étaient connus avant que nous ne commencions la campagne, mais nous n'avions aucune idée qu'il y en aurait autant », explique Martin Hardcastle, deuxième auteur de l'étude et professeur d'astrophysique à l'université de Hertfordshire en Angleterre.
« Habituellement, lorsque nous obtenons une nouvelle capacité d'observation, comme la combinaison de LOFAR entre un large champ de vision et une très grande sensibilité aux structures étendues, nous découvrons quelque chose de nouveau, mais c'était toujours très excitant de voir émerger autant de ces objets. »
En 2018, Oei et ses collègues ont commencé à utiliser LOFAR pour étudier non pas les jets de trous noirs, mais le réseau cosmique de filaments filamenteux qui sillonne l'espace entre les galaxies. En examinant les images radio à la recherche des filaments faibles, l'équipe a commencé à remarquer plusieurs systèmes de jets étonnamment longs.
« Lorsque nous avons découvert les jets géants pour la première fois, nous avons été assez surpris », explique Oei, qui est également affilié à l'observatoire de Leiden aux Pays-Bas. « Nous n'avions aucune idée qu'il y en avait autant. »
Les jets bipolaires se frayent un chemin à travers le milieu intergalactique environnant. Là où les extrémités des jets frappent ce milieu, un point chaud se forme, entouré d'une onde de choc. Le cœur du système de jets est la galaxie hôte contenant le trou noir supermassif. Le reflux est constitué de matière provenant du point chaud qui a décéléré et s'est écoulé vers la galaxie hôte. Crédit : S. Landis & K. Rappaport (Science Communication Lab)
Pour rechercher systématiquement d'autres jets cachés, l'équipe a inspecté les images radio à l'œil nu, utilisé des outils d'apprentissage automatique pour scanner les images à la recherche de signes de jets imminents et a fait appel à l'aide de scientifiques citoyens du monde entier pour examiner les images plus en détail.
Un article décrivant leur plus récent lot de jets géants, contenant plus de 8 000 paires de jets, a été accepté pour publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.
À la recherche du passé
Pour trouver la galaxie d'où Porphyrion est originaire, l'équipe a utilisé le radiotélescope géant à ondes métriques (GMRT) en Inde ainsi que des données auxiliaires d'un projet appelé Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), qui opère depuis l'observatoire national de Kitt Peak en Arizona. Les observations ont permis de localiser le foyer des jets, une galaxie imposante environ 10 fois plus massive que notre Voie lactée.
L'équipe a ensuite utilisé l'observatoire W. M. Keck à Hawaï pour montrer que Porphyrion se trouve à 7,5 milliards d'années-lumière de la Terre. « Jusqu'à présent, ces systèmes de jets géants semblaient être un phénomène de l'univers récent », explique Oei. « Si des jets lointains comme ceux-ci peuvent atteindre l’échelle de la toile cosmique, alors chaque endroit de l’univers a pu être affecté par l’activité des trous noirs à un moment donné du temps cosmique », explique Oei.
Les observations de Keck ont également révélé que Porphyrion est issu de ce qu’on appelle un trou noir actif en mode radiatif, par opposition à un trou noir en mode jet.
Lorsque les trous noirs supermassifs deviennent actifs – en d’autres termes, lorsque leurs immenses forces de gravité tirent et réchauffent la matière environnante – on pense qu’ils émettent de l’énergie sous forme de rayonnement ou de jets. Les trous noirs en mode radiatif étaient plus courants dans l’univers jeune ou lointain, tandis que les trous noirs en mode jet sont plus courants dans l’univers actuel.
Le fait que Porphyrion soit issu d’un trou noir en mode radiatif a été une surprise, car les astronomes ne savaient pas que ce mode pouvait produire des jets aussi énormes et puissants. De plus, comme Porphyrion se trouve dans un univers lointain où les trous noirs en mode radiatif abondent, cette découverte implique qu'il pourrait rester encore beaucoup de jets colossaux à découvrir.
« Nous ne regardons peut-être que la pointe de l'iceberg », déclare Oei. « Notre étude LOFAR n'a couvert que 15 % du ciel. Et la plupart de ces jets géants sont probablement difficiles à repérer, nous pensons donc qu'il existe beaucoup plus de ces mastodontes dans le ciel. »
n ne sait toujours pas comment les jets peuvent s'étendre aussi loin au-delà de leurs galaxies hôtes sans se déstabiliser. « Les travaux de Martijn nous ont montré qu'il n'y a rien de particulièrement spécial dans l'environnement de ces sources géantes qui les amène à atteindre ces grandes tailles », explique Hardcastle, qui est un expert en physique des jets de trous noirs.
« Mon interprétation est que nous avons besoin d'un événement d'accrétion exceptionnellement long et stable autour du trou noir supermassif central pour lui permettre d'être actif aussi longtemps (environ un milliard d'années) et pour garantir que les jets continuent à pointer dans la même direction pendant tout ce temps. Ce que nous apprenons du grand nombre de géants, c'est que cela doit être un phénomène relativement courant. »
Dans une prochaine étape, Oei veut mieux comprendre comment ces mégastructures influencent leur environnement. Les jets propagent des rayons cosmiques, de la chaleur, des atomes lourds et des champs magnétiques dans tout l'espace entre les galaxies. Oei s'intéresse en particulier à découvrir dans quelle mesure les jets géants propagent le magnétisme.
« Le magnétisme sur notre planète permet à la vie de prospérer, nous voulons donc comprendre comment il est apparu », dit-il. « Nous savons que le magnétisme imprègne la toile cosmique, puis se fraye un chemin dans les galaxies et les étoiles, et finalement jusqu'aux planètes, mais la question est : où commence-t-il ? Ces jets géants propagent-ils l'aimant ?
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COMMENTAIRES
I l arrive que l amplitude de certains phénomènes cosmiques soit considérée comme exagérée et "nouvelle ... Ainsi cet article dit que
d es astronomes ont repéré deux jets de plasma battant des records, sortant d'un trou noir supermassif et se jetant dans le vide au-delà de sa galaxie hôte. Ces flux de plasma extrêmement puissants sont les plus grands jamais observés, mesurant 23 millions d'années-lumière d'un bout à l'autre
En soi et sur le fond un tel jet de plasma ''divergent '' n a rien de trés surprenant , compte tenu de l augmentation des moyens d observation et de leurs performances
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More information: Martijn Oei et al, Black hole jets on the scale of the cosmic web, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07879-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07879-y
Rafaël I.J. Mostert et al, Constraining the giant radio galaxy population with machine learning and Bayesian inference, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202348897. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2405.00232
Journal information: arXiv , Astronomy & Astrophysics , Nature
Provided by California Institute of Techno
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