Les grands trous noirs qui résident au centre des galaxies peuvent être des bêtes affamées. Mais qu'est-ce qui force ce gaz et cette poussière des dernières années-lumière dans la gueule de ces trous noirs supermassifs?
Il a été théorisé que les fusions entre les galaxies perturbent le gaz et la poussière dans une galaxie et forcent la matière dans le voisinage immédiat du trou noir. Autrement dit, jusqu'à ce qu'une étude récente de 140 galaxies hébergeant des noyaux galactiques actifs (AGN) - un autre nom pour les trous noirs actifs au centre des galaxies - fournisse des preuves solides que de nombreuses galaxies contenant ces AGN ne montrent aucun signe de fusions passées.
L'étude a été réalisée par une équipe internationale d'astronomes. Mauricio Cisternas de l'Institut Max Planck d'astronomie et son équipe ont utilisé des données de 140 galaxies qui ont été imagées par l'observatoire de rayons X XMM-Newton. Les galaxies qu'ils ont échantillonnées avaient un décalage vers le rouge entre z = 0,3 - 1, ce qui signifie qu'elles se trouvent entre environ 4 et 8 milliards d'années-lumière (et donc, la lumière que nous voyons d'eux a environ 4 à 8 milliards d'années).
Mais ils ne se sont pas contentés de regarder les images des galaxies en question; un biais vers la classification des galaxies qui montrent que les noyaux actifs sont plus déformés par les fusions pourrait s'introduire. Ils ont plutôt créé un «groupe témoin» de galaxies, utilisant des images de galaxies inactives du même décalage vers le rouge que les galaxies hôtes AGN. Ils ont pris les images du Cosmic Evolution Survey (COSMOS), une étude d'une grande région du ciel dans plusieurs longueurs d'onde de lumière. Étant donné que ces galaxies provenaient du même décalage vers le rouge que celles qu'elles voulaient étudier, elles montrent le même stade d'évolution galactique. En tout, ils avaient 1264 galaxies dans leur échantillon de comparaison.
La façon dont ils ont conçu l'étude impliquait un principe scientifique qui n'est pas normalement utilisé dans le domaine de l'astronomie: l'étude aveugle. Cisternas et son équipe avaient 9 galaxies de comparaison - qui ne contenaient pas d’AGN - du même décalage vers le rouge pour chacune de leurs 140 galaxies qui montraient des signes d’avoir un noyau actif.
Ce qu'ils ont fait ensuite a été d'éliminer tout signe de noyau actif brillant dans l'image. Cela signifie que les galaxies dans leur échantillon de 140 galaxies avec AGN seraient essentiellement apparaître à même un œil entraîné comme une galaxie sans les signes révélateurs d'un AGN. Ils ont ensuite soumis les galaxies de contrôle et les images AGN modifiées à dix astronomes différents, et leur ont demandé de les classer tous comme «déformés», «modérément déformés» ou «non déformés».
Étant donné que leur taille d'échantillon était assez gérable et que la distorsion dans de nombreuses galaxies serait trop subtile pour qu'un ordinateur puisse la reconnaître, le cerveau humain à la recherche de motifs était leur outil d'analyse d'image de choix. Cela peut sembler familier - quelque chose de similaire est fait avec un énorme succès avec des gens qui sont des classificateurs de galaxies amateurs au Galaxy Zoo.
Lorsqu'une galaxie fusionne avec une autre galaxie, la fusion déforme sa forme de manière identifiable - elle déformera une galaxie elliptique normalement lisse déformée, et si la galaxie est une spirale, les bras semblent un peu "déroulés". S'il était vrai que les fusions galactiques sont la cause la plus probable d'AGN, alors les galaxies avec un noyau actif seraient plus susceptibles de montrer une distorsion de cette fusion passée.
L'équipe est passée par ce processus de mise en aveugle de l'étude pour éliminer tout biais que ceux qui regardent les images auraient pour classer l'AGN comme plus déformé. En ayant à la fois une taille d'échantillon de galaxies assez grande et en supprimant tout biais lors de l'analyse des images, ils espéraient montrer définitivement si la corrélation entre l'AGN et les fusions existait.
Le résultat? Ces galaxies avec un noyau galactique actif n'ont pas montré plus de distorsion dans l'ensemble que les galaxies de l'échantillon de comparaison. Comme les auteurs l'indiquent dans l'article, «les fusions et les interactions impliquant des hôtes AGN ne sont pas dominantes et ne se produisent pas plus fréquemment que pour les galaxies inactives.
Cela signifie que les astronomes ne peuvent pas pointer vers des fusions galactiques comme raison principale de l'AGN. L'étude a montré qu'au moins 75% de la création d'AGN - au moins entre les 4 et 8 derniers milliards d'années - doit provenir de sources autres que les fusions galactiques. Les candidats probables pour ces sources comprennent: le «harcèlement galactique», ces galaxies qui ne se heurtent pas, mais se rapprochent suffisamment pour s'influencer gravitationnellement; l'instabilité de la barre centrale dans une galaxie; ou la collision de nuages moléculaires géants au sein de la galaxie.
Savoir qu'AGN n'est pas causé en grande partie par des fusions galactiques aidera les astronomes à mieux comprendre la formation et l'évolution des galaxies. Les noyaux actifs dans les galaxies qui les hébergent influencent grandement la formation galactique. Ce processus est appelé «rétroaction AGN», et les mécanismes et effets qui résultent de l'interaction entre l'énergie sortant de l'AGN et le matériau environnant au centre d'une galaxie est toujours un sujet brûlant d'étude en astronomie.
Les fusions dans un passé plus éloigné de plus de 8 milliards d'années pourraient encore être en corrélation avec AGN - cette étude n'exclut qu'une certaine population de ces galaxies - et c'est une question que l'équipe prévoit de répondre aux prochaines enquêtes en attente par le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb. Leur étude sera publiée dans le numéro du 10 janvier de l'Astrophysical Journal, et une version pré-imprimée est disponible sur Arxiv.
Source: communiqué de presse HST, Institut Max Planck d'astronomie, article Arxiv
