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Découverte d’un type de galaxie active rare datant de près de 12 milliards d’années

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Vue d'artiste d'une galaxie alimentée par un blazar. Une combinaison extrêmement rare. | M. Weiss/CfA

Une équipe internationale d’astronomes a identifié un type rare de trou noir, au sein de l’une des plus rares classes connues de galaxies émettrices de rayons gamma, appelée BL Lacertae. La galaxie, très ancienne, se serait formée durant les 2 premiers milliards d’années de l’Univers. Un record d’observation pour un tel objet cosmique.

Il faut savoir que seule une petite fraction des galaxies émet des rayons gamma, la forme de lumière la plus extrême connue à ce jour. Les astronomes pensent que ces photons hautement énergétiques proviennent de la proximité d’un trou noir supermassif situé au centre des galaxies en question. Dans une telle configuration, elles sont appelées des « galaxies actives ».

Le trou noir avale la matière de son environnement et émet des jets collimatés de matière et de rayonnement. Une faible proportion de ces galaxies actives (moins de 1%) pointent leurs jets vers la Terre. Les scientifiques les appellent des blazars. En d’autres termes et pour ceux qui en ont déjà entendu parler, les blazars seraient des quasars très compacts. Ils constituent l’une des plus puissantes sources de rayonnement de l’Univers.

Lorsque la matière tombe vers le trou noir supermassif au centre d’une galaxie, une partie de celle-ci est accélérée vers l’extérieur à une vitesse proche de celle de la lumière, le long de jets dirigés dans des directions opposées. Lorsque l’un des jets est dirigé vers la Terre, la galaxie apparaît particulièrement brillante et est classée comme un blazar.

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Comprendre l’évolution des blazars

Il existe deux types de blazars : les BL Lacertae (BL Lac) et les radio-quasars à spectre plat (FSRQ). Selon nos connaissances actuelles sur ces mystérieux objets astronomiques, les FSRQ sont des galaxies actives relativement jeunes, riches en poussière et en gaz, qui entourent le trou noir central. Au fil du temps, la quantité de matière disponible pour alimenter le trou noir est consommée, et le FSRQ évolue pour devenir un objet BL Lac. « En d’autres termes, les BL Lac peuvent représenter la phase âgée et évoluée de la vie d’un blazar, tandis que les FSRQ ressemblent à « des adultes » », explique Vaidehi Paliya, un chercheur du DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), en Allemagne, qui a participé au programme d’étude.

« Comme la vitesse de la lumière est limitée, plus nous regardons loin, plus tôt dans l’âge de l’Univers nous étudions », explique Alberto Domínguez de l’Institut de physique des particules et du cosmos (IPARCOS) de l’UCM et co-auteur de l’étude.

Depuis de nombreuses années, les astronomes pensent que l’âge actuel de l’Univers est d’environ 13,8 milliards d’années. Le FSRQ le plus éloigné a été identifié à une distance où l’âge de l’Univers n’était que de 1 milliard d’années. À titre de comparaison, le BL Lac le plus éloigné connu jusqu’ici, découvert dans le cadre d’études précédentes, était présent lorsque l’âge de l’Univers était d’environ 2,5 milliards d’années. Par conséquent, l’hypothèse de l’évolution des FSRQ en BL Lac semblait valable.

Le BL Lac le plus éloigné jamais découvert

Cependant, le nouvel objet BL Lac découvert, nommé 4FGL J1219.0+3653, est situé beaucoup plus loin que le précédent détenteur du record. « Nous avons découvert un BL Lac existant 800 millions d’années plus tôt, c’est-à-dire quand l’Univers avait moins de 2 milliards d’années », déclare Cristina Cabello, étudiante diplômée de l’IPARCOS-UCM. Cela remet donc en question l’hypothèse précédemment avancée sur l’évolution des blazars.

Pour effectuer les observations, l’équipe de chercheurs internationaux a utilisé l’un des plus grands télescopes optiques au monde, le Gran Telescopio Canarias (GTC), situé à l’Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Les résultats ont été publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

« Cette découverte remet en question le scénario actuel selon lequel les BL Lac sont en fait une phase évoluée des FSRQ », ajoute Nicolás Cardiel, professeur à l’IPARCOS-UCM. Jesús Gallego, également professeur dans la même institution et co-auteur de l’étude, conclut avec ces mots : « Cette découverte a remis en question notre connaissance de l’évolution cosmique des blazars et des galaxies actives en général ».

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Les chercheurs ont utilisé les instruments OSIRIS et EMIR, conçus et construits par l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) et montés sur le GTC, également connu sous le nom de Grantecan. « Ces résultats illustrent clairement comment la combinaison de la grande surface de collecte du GTC, le plus grand télescope optique-infrarouge au monde, et les capacités uniques des instruments complémentaires installés dans le télescope, fournit des résultats révolutionnaires pour améliorer notre compréhension de l’Univers », souligne Romano Corradi, directeur de Grantecan.

Source : The Astrophysical Journal Letters

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