Trous noirs : leurs jets peuvent être courbés par les champs magnétiques intergalactiques

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| NASA

Bien que les trous noirs n’émettent pas de lumière et soient donc invisibles pour nos instruments d’observation, il est possible de les détecter indirectement via leur disque d’accrétion. Ces disques de gaz et poussière en rotation émettent de puissants jets astrophysiques polaires composés de particules chargées à haute énergie. Des astrophysiciens ont montré que ces jets astrophysiques pouvaient être courbés à angle droit par les champs magnétiques intergalactiques. Une découverte qui devrait aider à mieux comprendre la dynamique complexe des champs magnétiques régnant au sein des amas de galaxies.

Dans  l’amas de galaxies Abell 3376, situé à environ 600 millions d’années-lumière de la Terre, une galaxie possède un trou noir supermassif actif, absorbant la matière à un rythme effréné ; un processus qui donne naissance à des jets astrophysiques de grande amplitude. Les astronomes ont découvert qu’à une certaine distance du trou noir, ces jets sont courbés à angle droit par de puissants champs magnétiques intergalactiques.

Cette galaxie s’appelle MRC 0600-399, et ses jets étaient déjà connus pour leur forme étrange et courbée. Mais cette nouvelle recherche soutient l’idée qu’il s’agit du résultat de champs magnétiques complexes générés par des interactions entre les galaxies de l’amas et le milieu intergalactique. Les champs magnétiques intra-amas peuvent révéler beaucoup de choses sur les amas de galaxies, comme la façon dont ils se développent et l’impact qu’ils ont sur les amas eux-mêmes. Cependant, ces champs magnétiques sont difficiles à observer directement.

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Étudier les champs magnétiques intra-amas grâce aux jets astrophysiques

Cette nouvelle découverte suggère une manière de les étudier. Lorsque quelque chose interagit avec un champ magnétique, il est possible de distinguer les détails du processus et, en fin de compte, les jets de trous noirs peuvent délimiter clairement les champs magnétiques. Rien de ce que nous pouvons actuellement détecter ne peut échapper à un trou noir une fois qu’il a dépassé le seuil de proximité critique, mais tout le matériau du disque d’accrétion tourbillonnant autour d’un trou noir actif ne finit pas inévitablement au-delà de l’horizon des événements.

Une petite partie de celui-ci est en quelque sorte canalisée de la région interne du disque d’accrétion vers les pôles, où elle est projetée dans l’espace sous la forme de jets de plasma ionisé, à des vitesses représentant un pourcentage significatif de la vitesse de la lumière. Les astronomes pensent que le champ magnétique du trou noir joue un rôle dans ce processus. Les lignes de champ magnétique, selon ce modèle, agissent comme un synchrotron qui accélère le matériau avant de le lancer à une vitesse importante.

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Les auteurs ont observé la galaxie MRC 0600-399 (et la galaxie voisine) dans l’amas de galaxies Abell 3376 à l’aide du radiotélescope MeerKAT. Ces deux galaxies produisent des jets radio – de puissants jets de matière qui émettent des ondes radio. Les images MeerKAT montrent que les jets de MRC 0600-399 se courbent de près de 90° et révèlent des régions diffuses d’émission radio (en violet) sur les côtés gauche et droit des points de déviation du jet, appelées structures à double faux. Le MRC 0600-399 et la galaxie voisine sont contenus dans un nuage de gaz froid. Les auteurs proposent que ce nuage se déplace à grande vitesse et que la pression du gaz chaud dans l’amas provoque le drapage de champs magnétiques puissants et ordonnés autour du nuage. Ils suggèrent que les jets radio pliés et les structures à double faux résultent de l’interaction des jets avec cette forte couche magnétique. © Nature

À partir de là, ces jets hautement collimatés, que l’on pense façonnés par des champs magnétiques, peuvent s’étendre sur de grandes distances dans l’espace intergalactique. Ils sont détectables dans les longueurs d’onde radio, et nous en avons trouvé un certain nombre Mais la forme des jets de MRC 0600-399 est vraiment inhabituelle, alors une équipe internationale de scientifiques a décidé de regarder de plus près, en utilisant le puissant radiotélescope MeerKAT en Afrique du Sud.

Champs magnétiques intergalactiques : ils courbent les jets astrophysiques en une forme caractéristique

Grâce à ces nouvelles observations, d’une résolution bien supérieure à celle obtenue précédemment, les chercheurs ont pu étudier les jets avec des détails sans précédent. Les images ont montré que les jets se plient à des angles de près de 90 degrés, comme cela avait été observé précédemment. De manière frappante, cependant, les images montrent également des régions diffuses d’émission radio des deux côtés du point où le jet se courbe, créant une forme en T, que les chercheurs appellent double faux.

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Gauche : observation de la structure en double faux (chaque flèche indique une « lame » de la faux). Droite : simulation des chercheurs reproduisant le phénomène. © James O. Chibueze et al. 2021

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Ensuite, l’équipe a effectué des simulations pour essayer de reproduire la forme du jet. Ils ont montré qu’un jet de trou noir voyageant à des vitesses supersoniques entrant en collision avec une couche courbe de champ magnétique qu’il ne pouvait pas pénétrer pouvait reproduire la forme observée des jets de MRC 0600-399.  Ce n’est pas la seule explication. Une autre avance que MRC 0600-399 est peut-être actuellement en train de reculer vers le centre d’Abell 3376, après avoir été expulsé à une vitesse supersonique.

La flexion des jets pourrait avoir été causée par la pression du gaz intergalactique environnant. Même si c’est le cas, cela ne peut pas expliquer toutes les caractéristiques des jets courbés, y compris les structures à double faux, donc la présence d’un champ magnétique est probablement encore nécessaire. C’est une découverte passionnante car elle démontre la présence de champs magnétiques puissants et bien ordonnés à l’intérieur des amas de galaxies, des environnements souvent compliqués et négligés.

Cela pourrait aider à mieux comprendre la dynamique des amas de galaxies. Elle montre également que les jets de trous noirs peuvent être utilisés comme un excellent outil pour comprendre les champs magnétiques difficiles à voir dans l’espace lointain. La recherche pourrait même aider les astronomes à mieux comprendre comment les champs magnétiques peuvent façonner et guider les puissants jets de plasma qui sortent des trous noirs supermassifs actifs.

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Sources : Nature

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