Jets éjectés d’un trou noir supermassif en croissance rapide avec les flux environnants. Le plan de polarisation d’une onde radio émise à proximité d’un trou noir tourne lorsqu’elle traverse le gaz magnétisé environnant. Crédit : NAOJ
Grâce au réseau de radiotélescopes VERA, les astronomes ont acquis de nouvelles connaissances sur la croissance des jeunes trous noirs supermassifs dans les galaxies de Seyfert 1 à lignes étroites. L’équipe a détecté une rotation de Faraday significative dans les ondes radio polarisées provenant de ces galaxies, ce qui indique une abondance de gaz, qui facilite la croissance rapide de ces trous noirs.
Une équipe internationale d’astronomes a fait des progrès décisifs dans la compréhension de la croissance des jeunes trous noirs supermassifs. En utilisant la technologie de pointe de VERA, un réseau japonais de radiotélescopes exploité par l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ), ils ont découvert de nouvelles informations sur la formation et l’évolution potentielle de ces entités célestes en quasars plus puissants.
Il est désormais largement admis que presque toutes les galaxies actives abritent en leur cœur un trou noir supermassif dont la masse varie de millions à des milliards de fois celle du Soleil. L’histoire de la croissance qui a permis à ces trous noirs d’atteindre des masses aussi considérables reste cependant une question ouverte.
Sous la direction de Mieko Takamura, étudiante diplômée de l’université de Tokyo, une équipe internationale s’est penchée sur une catégorie distincte de galaxies actives connues sous le nom de galaxies de Seyfert 1 à ligne étroite (NLS1). Ces galaxies sont soupçonnées de contenir des trous noirs massifs relativement petits mais à croissance rapide, offrant ainsi la possibilité d’étudier un stade précoce de l’évolution de ces monstres cosmiques.
Pour mieux comprendre l’environnement immédiat de ces trous noirs particuliers, l’équipe a observé les noyaux de six galaxies actives NLS1 proches à l’aide de VERA, un réseau de radiotélescopes doté d’une vision 100 000 fois plus puissante que celle de l’œil humain. En particulier, l’équipe a exploité la capacité d’enregistrement à bande ultra-large récemment améliorée de VERA, ce qui lui a permis de détecter de faibles ondes radio « polarisées » émanant du noyau de ces galaxies avec une précision sans précédent.
On sait qu’une partie des ondes radio émises à proximité des trous noirs supermassifs présente une polarisation. Lorsque cette émission polarisée se propage dans le gaz magnétisé entourant le trou noir, le plan de polarisation tourne progressivement, provoquant un effet connu sous le nom de rotation de Faraday. L’ampleur de cette rotation (à une longueur d’onde donnée) est proportionnelle à la densité du gaz et à l’intensité du champ magnétique dans le milieu de propagation. Par conséquent, la polarisation et la rotation de Faraday fournissent des informations précieuses sur l’environnement immédiat d’un trou noir central.
En plus de la vue la plus nette jamais obtenue vers le cœur de ces galaxies, les nouvelles données ont révélé une rotation de Faraday nettement plus importante que les mesures obtenues vers des trous noirs plus anciens, plus massifs et bien développés. Cela indique la présence d’un gaz abondant dans les régions nucléaires de ces galaxies, facilitant la croissance rapide des trous noirs centraux.
« Les trous noirs supermassifs subissent un processus de croissance similaire à celui des humains », explique M. Takamura. « Les trous noirs que nous avons observés ont des caractéristiques comparables à celles d’un amateur de nourriture, un peu comme les jeunes garçons et les jeunes filles qui ont une forte envie de riz. »
Ces résultats ont été publiés dans l’Astrophysical Journal sous le titre Takamura et al. « Probing the heart of active narrow-line Seyfert 1 galaxies with VERA wideband polarimetry » (Sonder le cœur des galaxies actives de Seyfert 1 à ligne étroite avec la polarimétrie à large bande de VERA).
Référence : « Probing the heart of active narrow-line Seyfert 1 galaxies with VERA wideband polarimetry » par Mieko Takamura, Kazuhiro Hada, Mareki Honma, Tomoaki Oyama, Aya Yamauchi, Syunsaku Suzuki, Yoshiaki Hagiwara, Monica Orienti, Filippo D’Ammando, Jongho Park, Minchul Kam et Akihiro Doi, 18 juillet 2023, The Astrophysical Journal.
DOI : 10.3847/1538-4357/acd9a8