Les trous noirs : Non pas des destructeurs mais des protecteurs

Un artiste impressionnant montre des jets de gaz bipolaires provenant d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie. Crédit : ESA/Hubble, L. Calçada (ESO) Une étude a révélé que les galaxies possèdent un mécanisme de régulation similaire à un cœur et des poumons, qui contrôle leur croissance en limitant l'absorption de gaz. Ce mécanisme, impliquant un trou noir supermassif et ses émissions de jets, empêche les galaxies de s'étendre trop rapidement, garantissant leur longévité et empêchant un vieillissement prématuré en « galaxies zombies ». Les galaxies évitent une mort prématurée car elles ont un « cœur et des poumons » qui régulent efficacement leur « respiration » et les empêchent de croître de manière incontrôlée, suggère une nouvelle étude. 

Selon une nouvelle étude publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, qui examine l'un des grands mystères de l'Univers - pourquoi les galaxies ne sont pas aussi grandes que les astronomes s'y attendraient. 

Quelque chose semble étouffer leur énorme potentiel en limitant la quantité de gaz qu'elles absorbent pour le convertir en étoiles, ce qui signifie qu'au lieu de croître indéfiniment, quelque chose à l'intérieur résiste à ce qui était supposé être l'inévitable attraction gravitationnelle. Ce clip montre un jet supersonique générant une « action de soufflet », en recevant des impulsions de son « cœur » de trou noir, ce qui le fait se dilater et se contracter « comme un poumon rempli d'air », « expirant de l'air chaud » (ondulations de pression) dans son environnement. Les axes du graphique sont des échelles de distance non dimensionnelles. 

Crédit : C Richards/MD Smith/University of Kent Maintenant, les astrophysiciens de l'Université de Kent pensent avoir découvert le secret. Ils suggèrent que les galaxies pourraient en réalité contrôler le taux de leur croissance grâce à leur « respiration ». Dans leur analogie, les chercheurs ont comparé le trou noir supermassif au centre d'une galaxie à son cœur et les deux jets bi-polaires supersoniques de gaz et de radiation qu'ils émettent à des voies aériennes alimentant une paire de poumons. 

Les impulsions du trou noir - ou de son « cœur » - peuvent entraîner des fronts de choc de jet oscillant d'avant en arrière le long des deux axes du jet, tout comme le diaphragme thoracique dans le corps humain se déplace de haut en bas à l'intérieur d'une cavité thoracique pour gonfler et dégonfler les poumons. 

Cela peut entraîner la transmission d'énergie du jet largement dans le milieu environnant, tout comme nous expirons de l'air chaud, ce qui ralentit l'accrétion de gaz de la galaxie et sa croissance. Deux exemples différents de la simulation d'un côté de jets bipolaires symétriques, où les ondulations de pression se propagent dans le milieu extragalactique. Les variations de pression sont montrées ici en utilisant une échelle de couleurs rouge-température (foncé = basse pression, clair = haute pression). Chaque jet entre depuis la gauche avec une pression qui diminue rapidement au fur et à mesure qu'il pousse contre le milieu ambiant. Les axes sont des échelles de distance non dimensionnelles. 

Crédit : C Richards/MD Smith/University of Kent L'étudiant en doctorat Carl Richards a élaboré la théorie après avoir créé de nouvelles simulations jamais essayées auparavant pour examiner le rôle des jets supersoniques dans l'inhibition de la croissance des galaxies. Cela impliquait de permettre au « cœur » du trou noir de battre et aux jets d'être à haute pression - un peu comme une forme d'hypertension, si l'on étendait la comparaison au corps humain. 

Cela a provoqué, a-t-il expliqué, que les jets « agissent comme des soufflets », en envoyant des ondes sonores « comme des ondulations à la surface d'un étang ». Les phénomènes sont similaires à l'équivalent terrestre des ondes sonores et de choc produites lors de l'ouverture d'une bouteille de champagne, du grincement d'une voiture, des échappements de fusée et de la perforation d'enceintes sous pression. Les ondes sonores (ondulations) dans le gaz chaud qui remplit le cluster de Persée sont montrées dans cette impression d'artiste. Elles auraient été générées par des cavités soufflées par les jets d'un trou noir supermassif (point blanc lumineux) au centre de la galaxie. 

Crédit : NASA/NASA/CXC/M.Weiss « Nous avons réalisé qu'il devrait y avoir un moyen pour les jets de soutenir le corps - le gaz ambiant entourant la galaxie - et c'est ce que nous avons découvert dans nos simulations informatiques », a expliqué Richards. « Le comportement inattendu a été révélé lorsque nous avons analysé les simulations informatiques à haute pression et permis au cœur de battre. « Cela a envoyé un flux d'impulsions dans les jets à haute pression, les amenant à changer de forme en raison de l'action de soufflet des fronts de choc de jet oscillants. » 

Ces jets surpressurés se sont effectivement dilatés « comme des poumons remplis d'air », ont déclaré les chercheurs. En le faisant, ils ont transmis des ondes sonores dans la galaxie environnante sous forme d'une série d'ondulations de pression, qui ont ensuite été montrées pour supprimer la croissance de la galaxie.