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Les astronomes ont révélé Télescope spatial James Webb (JWST) image la plus nette jamais réalisée de la zone autour d’un trou noir. Cette vue spectaculaire pourrait aider à résoudre un mystère vieux de plusieurs décennies tout en renversant une croyance de longue date concernant les objets les plus extrêmes de l’espace.
Depuis les années 1990, les astronomes ont observé une curieuse luminosité dans les longueurs d’onde infrarouges entourant le supermassif actif. trous noirs (SMBH) au centre de certaines galaxies. Auparavant, ils attribuaient ces émissions infrarouges excessives aux flux sortants — flux de matière surchauffés soufflé par des trous noirs.
Les données de JWST, associées à de nombreuses observations au sol, révèlent que l’excès infrarouge provient du disque de matière poussiéreuse qui tombe dans le SMBH central de la galaxie Circinus, plutôt que de la matière qui s’en échappe.
Cette révélation galactique peut aider les astronomes à mieux comprendre la croissance et l’évolution des SMBH, ainsi que l’influence de ces énormes monstres sombres sur leurs galaxies hôtes.
Des beignets et des disques
Les trous noirs actifs comme ceux au centre des galaxies sont alimentés par un anneau géant de gaz et de poussières entrants. Lorsqu’un trou noir attire la matière de la paroi interne de ce « beignet », connue sous le nom de tore, la matière forme une couche plus fine. disque d’accrétion qui spirale dans le trou noir comme l’eau spirale dans un égout.
Les forces de marée du trou noir accélèrent la matière entrante à grande vitesse. La friction qui en résulte à l’intérieur du disque amène la matière tourbillonnante à émettre une lumière si brillante qu’elle obscurcit la vue des astronomes sur la région interne autour du trou noir.
Encore les trous noirs ne sont pas des aspirateurset même eux ont une limite d’alimentation. Ils rejettent donc une partie de la matière tourbillonnante dans l’espace, sous la forme de jets ou de « vents ». Par conséquent, comprendre la nature du tore, du disque d’accrétion et des écoulements d’un trou noir est essentiel pour savoir comment les trous noirs de différentes tailles s’accrétent et expulsent la matière pour potentiellement façonner leurs galaxies hôtes. en éteignant ou améliorer la formation d’étoiles à l’échelle galactique.
Résoudre un mystère de longue date
Le gaz dense et la lumière brillante des étoiles dans Circinus empêchaient auparavant les astronomes de visualiser en détail la région centrale de la galaxie et le SMBH.
« Afin d’étudier le trou noir supermassif, même s’ils n’ont pas pu le résoudre, ils ont dû obtenir l’intensité totale de la région interne de la galaxie sur une large gamme de longueurs d’onde, puis intégrer ces données dans des modèles », a expliqué l’auteur principal de l’étude. Enrique López-Rodriguezun chercheur en évolution des galaxies à l’Université de Caroline du Sud, a déclaré dans un Déclaration de la NASA.
Les modèles antérieurs adaptaient séparément les spectres observés du tore, du disque d’accrétion et des écoulements sortants, mais ils ne parvenaient pas à résoudre la région dans son intégralité. En conséquence, les astronomes n’ont pas pu expliquer quelle partie de l’environnement du SMBH était à l’origine des émissions excessives de lumière infrarouge.
Les capacités avancées de JWST ont permis aux astronomes de scruter la poussière et la lumière des étoiles de Circinus afin d’avoir une vue plus nette de l’environnement du SMBH. Pour ce faire, ils ont utilisé une technique d’imagerie appelée interférométrie.
L’interférométrie au sol nécessite généralement un réseau de télescopes ou de miroirs qui fonctionnent ensemble pour recueillir et combiner la lumière d’un objet céleste sur une vaste zone. En combinant la lumière de plusieurs sources, cette méthode provoque le ondes électromagnétiques qui forment cette lumière pour créer des modèles d’interférence que les astronomes peuvent analyser pour révéler les tailles, les formes et d’autres caractéristiques de ces objets.
Cependant, contrairement à ces installations terrestres, le JWST basé dans l’espace peut fonctionner comme son propre réseau d’interféromètres via son interféromètre à masquage d’ouverture (AMI), un composant de l’instrument imageur proche infrarouge et spectrographe sans fente (NIRISS) du télescope. Comme l’ouverture d’une caméra, AMI est un masque physique opaque doté de sept petits trous hexagonaux qui contrôlent la quantité et la direction de la lumière entrant dans les détecteurs de JWST.
Dans l’ensemble, AMI double efficacement la résolution de JWST. « Cela nous permet de voir des images deux fois plus nettes » Joël Sánchez-Bermudezastrophysicien à l’Université nationale du Mexique et co-auteur de l’étude, a déclaré dans le déclaration. « Au lieu du diamètre de 6,5 mètres de Webb, c’est comme si nous observions cette région avec un télescope spatial de 13 mètres. »
En doublant sa résolution, JWST a capturé sa vue la plus nette jamais vue d’une zone de 33 années-lumière de large au centre de Cirque. Cette image sans précédent a permis aux chercheurs de calculer que la majorité – environ 87 % – des émissions infrarouges excédentaires proviennent du disque poussiéreux qui alimente activement le trou noir central ; « la surface intérieure du trou du beignet », a déclaré Lopez-Rodriguez par courrier électronique. Alors que des recherches antérieures avaient suggéré que l’excès pouvait provenir de vents chauds et poussiéreux, ou même de la lumière résiduelle des étoiles de la galaxie, l’équipe a découvert que moins de 1 % de ces émissions provenaient des flux énergétiques s’échappant du SMBH.
L’accrétion pourrait éteindre la formation d’étoiles au centre de Circinus, mais pour confirmer cela, il faudra un autre type d’observation basé sur le JWST, a déclaré Lopez-Rodriguez.
Un point de vue inestimable
En plus de révéler la mécanique du SMBH auparavant cachée, cette recherche met en évidence le potentiel de l’interférométrie basée sur JWST pour étudier divers objets célestes, y compris d’autres SMBH actifs au cœur des galaxies proches. En augmentant la taille de l’échantillon, les astronomes espèrent déterminer si les émissions infrarouges des autres SMBH sont dues à leurs disques poussiéreux ou à leurs sorties chaudes.
« L’AMI doit être utilisée – afin d’obtenir un temps JWST précieux – sur des cibles qui ne peuvent pas être atteintes depuis le sol, ou sur des longueurs d’onde bloquées par l’atmosphère terrestre », co-auteur de l’étude. Julien Girardchercheur scientifique principal au Space Telescope Science Institute, a déclaré à Live Science par e-mail.
Les observations basées sur l’AMI peuvent mieux éclairer notre propre système solaire ; ils ont récemment offert un aperçu détaillé des volcans sur Io, la lune infernale de Jupitera ajouté Girard. Ainsi, AMI peut observer divers objets cosmiques de formes et de tailles variées, depuis les lunes suintantes de lave jusqu’aux trous noirs obscurcis par la poussière. À l’avenir, cela pourrait aider les astronomes à détecter les lunes autour d’astéroïdes importants ou à révéler les orbites et les masses des systèmes multi-étoiles, a ajouté Girard.
