Au cours des années 1970, les scientifiques ont confirmé que les émissions radio provenant du centre de notre galaxie étaient dues à la présence d'un trou noir supermassif (SMBH). Située à environ 26 000 années-lumière de la Terre entre la constellation du Sagittaire et du Scorpion, cette caractéristique est connue sous le nom de Sagittaire A *. Depuis ce temps, les astronomes ont compris que la plupart des galaxies massives ont un SMBH en leur centre.
De plus, les astronomes ont appris que les trous noirs dans ces galaxies sont entourés de tores rotatifs massifs de poussière et de gaz, ce qui explique l'énergie qu'ils émettent. Cependant, ce n'est que récemment qu'une équipe d'astronomes, utilisant le réseau Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), a pu capturer une image du tore de gaz poussiéreux en rotation autour du trou noir supermassif du M77.
L'étude qui détaille leurs conclusions a récemment paru dans le Lettres de journal astronomiques sous le titre "ALMA révèle un tore moléculaire dense rotatif compact inhomogène au noyau NGC 1068". L'étude a été menée par une équipe de chercheurs japonais de l'Observatoire national d'astronomie du Japon - dirigé par Masatoshi Imanishi - avec l'aide de l'Université de Kagoshima.
Comme la plupart des galaxies massives, le M77 a un noyau galactique actif (AGN), où la poussière et le gaz s'accumulent sur son SMBH, conduisant à une luminosité supérieure à la normale. Depuis quelque temps, les astronomes s'interrogent sur la curieuse relation qui existe entre les SMBH et les galaxies. Alors que les galaxies plus massives ont des SMBH plus grandes, les galaxies hôtes sont toujours 10 milliards de fois plus grandes que leur trou noir central.
Cela soulève naturellement des questions sur la façon dont deux objets d'échelles très différentes pourraient directement s'influencer mutuellement. En conséquence, les astronomes ont cherché à étudier l'AGN afin de déterminer comment les galaxies et les trous noirs co-évoluent. Pour les besoins de leur étude, l'équipe a effectué des observations à haute résolution de la région centrale de M77, une galaxie spirale barrée située à environ 47 millions d'années-lumière de la Terre.
En utilisant ALMA, l'équipe a imaginé la zone autour du centre du M77 et a pu résoudre une structure gazeuse compacte avec un rayon de 20 années-lumière. Comme prévu, l'équipe a découvert que la structure compacte tournait autour du trou noir central des galaxies. Comme l'a expliqué Masatoshi Imanishi dans un communiqué de presse d'ALMA:
«Pour interpréter diverses caractéristiques d'observation des AGN, les astronomes ont supposé des structures rotatives semblables à des beignets de gaz poussiéreux autour de trous noirs supermassifs actifs. C’est ce que l’on appelle le «modèle unifié» d’AGN. Cependant, le beignet gazeux poussiéreux est très petit en apparence. Avec la haute résolution d'ALMA, nous pouvons maintenant voir directement la structure. »
Dans le passé, les astronomes ont observé le centre de M77, mais personne n'a pu résoudre le tore rotatif en son centre jusqu'à présent. Cela a été rendu possible grâce à la résolution supérieure de l'ALMA, ainsi qu'à la sélection des raies d'émission moléculaire. Ces lignes d'émission comprennent le cyanure d'hydrogène (HCN) et les ions formyle (HCO +), qui n'émettent des micro-ondes que dans un gaz dense, et du monoxyde de carbone - qui émet des micro-ondes dans diverses conditions.
Les observations de ces raies d'émission ont confirmé une autre prédiction faite par l'équipe, à savoir que le tore serait très dense. "Les observations précédentes ont révélé l'allongement est-ouest du tore gazeux poussiéreux", a déclaré Imanishi. «La dynamique révélée par nos données ALMA correspond exactement à l'orientation de rotation attendue du tore.»
Cependant, leurs observations ont également indiqué que la distribution de gaz autour d'une SMBH est plus compliquée que ce que suggère un modèle unifié simple. Selon ce modèle, la rotation du tore suivrait la gravité du trou noir; mais ce qu'Imanishi et son équipe ont trouvé indique que le gaz et la poussière dans le tore présentent également des signes de mouvement très aléatoire.
Cela pourrait être une indication que l'AGN au centre du M77 a eu une histoire violente, qui pourrait inclure la fusion avec une petite galaxie dans le passé. En bref, les observations de l'équipe indiquent que les fusions galactiques peuvent avoir un impact significatif sur la façon dont les AGN se forment et se comportent. À cet égard, leurs observations du tore des M77 fournissent déjà des indices sur l'histoire et l'évolution de la galaxie.
L'étude des SMBH, bien qu'intensive, est également très difficile. D'une part, la SMBH la plus proche (Sagitarrius A *) est relativement silencieuse, avec seulement une petite quantité de gaz s'accumulant dessus. En même temps, il est situé au centre de notre galaxie, où il est obscurci par la poussière, le gaz et les étoiles. En tant que tels, les astronomes sont obligés de se tourner vers d'autres galaxies pour étudier comment les SMBH et leurs galaxies coexistent.
Et grâce à des décennies d'études et à des améliorations de l'instrumentation, les scientifiques commencent à avoir un aperçu clair de ces régions mystérieuses pour la première fois. En étant en mesure de les étudier en détail, les astronomes acquièrent également des informations précieuses sur la façon dont ces trous noirs massifs et leurs structures annelées pourraient coexister avec leurs galaxies au fil du temps.
