ALMA et MUSE découvrent une fontaine galactique

Mercredi, 7 novembre 2018

Des observations effectuées par ALMA et des données acquises par le spectrographe MUSE installé sur le VLT de l’ESO ont mis au jour l’existence d’une énorme fontaine de gaz moléculaire alimentée par un trou noir situé dans la galaxie la plus brillante de l’amas Abell 2597. Le cycle galactique complet des flux entrant et sortant de cette vaste fontaine cosmique n’avait encore jamais été observé dans aucun système. Les équipes françaises ayant participé à cette étude sont le Laboratoire d'études du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (LERMACNRS/OP/ENS/Sorbonne Université/UCP) et le Centre de recherche astrophysique de Lyon (CRAL/Observatoire de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1/ENS Lyon/CNRS).


ALMA et MUSE découvrent une fontaine galactique Sur cette image composite de l’amas de galaxies Abell 2597 figure le flux de gaz s’échappant du trou noir supermassif situé au cœur de la galaxie centrale. Les données d’ALMA, en jaune, matérialisent le gaz froid. En rouge, les données acquises par l’instrument MUSE qui équipe le Very Large Telescope de l’ESO, montrent le gaz d’hydrogène chaud. En bleu-mauve figure le gaz ionisé et chaud détecté par l’Observatoire Chandra en rayons X. Les données d’ALMA, en jaune, matérialisent le flux de matière entrant. Les données de MUSE, en rouge, figurent la matière expulsée par le trou noir.
A moins d’un milliard d’années lumière de la Terre, au sein de l’amas de galaxies Abell 2597, se trouve une gigantesque fontaine galactique. Un trou noir massif situé au cœur d’une lointaine galaxie a été surpris en pleine phase d’éjection de gaz moléculaire froid dans l’espace, dont la chute sur le trou noir s’apparente à un véritable déluge intergalactique. Les flux entrant et sortant de cette extraordinaire fontaine cosmique n’avaient encore jamais été simultanément observés. Cette fontaine prend sa source au cœur  de la galaxie la plus brillante de l’amas Abell 2597, dans les 100 000 années lumière de la partie centrale de cette galaxie.

Image de la périphérie d’Abell 2597, issue du Digitized Sky Survey Des observations effectuées par ALMA et des données acquises par le spectrographe MUSE installé sur le VLT de l’ESO ont mis au jour l’existence d’une énorme fontaine de gaz moléculaire alimentée par un trou noir dans la galaxie la plus brillante de l’amas Abell 2597. Cette fontaine est la toute première à faire l’objet d’une détection. Cette image est un composite couleur de plusieurs clichés issus du Digitized Sky Survey 2 (DSS2). Elle figure la région située en périphérie de l’amas Abell 2397. Le champ de vue est voisin de 2,4 x 2,0 degrés. “Ce système est probablement le tout premier à nous offrir la confirmation d’un flux de gaz moléculaire froid s’écoulant en direction du trou noir et d’un flux sortant, expulsé par le trou noir”, précise Grant Tremblay du Centre d’Astrophysique Harvard-Smithson, ancien boursier de l’ESO, et auteur principal de cette étude. “Le trou noir supermassif situé au cœur de cette gigantesque galaxie se comporte à l’image d’une pompe mécanique alimentant une fontaine.”

Grant Tremblay et son équipe ont utilisé le réseau ALMA pour déterminer la position et le mouvement des molécules de monoxyde de carbone à l’intérieur de la nébuleuse. Ces molécules froides, caractérisées par une température inférieure à 250–260°C, ont été observées en phase de chute sur le trou noir. L’équipe a par ailleurs utilisé les données acquises par l’instrument MUSE qui équipe le Very Large Telescope de l’ESO pour suivre le gaz plus chaud – expulsé par le trou noir sous forme de jets. 

Abell 2597 dans la constellation du Verseau Sur ce graphe figure la localisation de l’amas de galaxies Abell 2597 – un cercle rouge dans la constellation du Verseau (le Porteur d’Eau), aux côtés de la majorité des étoiles visibles à l’œil nu dans de bonnes conditions d’observation. “L’étude détaillée de la source au moyen des données d’ALMA et de MUSE lui confère un aspect unique”, ajoute Grant Tremblay. “Les deux installations offrent une combinaison incroyablement puissante”.

La combinaison de ces deux jeux de données permet de dresser une cartographie complète du processus. Le gaz froid s’écoule en direction du trou noir, l’enflammant et l’amenant à propulser des jets rapides de plasma incandescent dans le vide. Ces jets jaillissent ensuite du trou noir, formant une splendide fontaine galactique. Incapable d’échapper à l’attraction gravitationnelle de la galaxie, le plasma se refroidit, ralentit, puis finit par retomber sur le trou noir, alimentant un nouveau cycle.  

Cette observation sans précédent pourrait permettre de mieux connaître le cycle de vie des galaxies. L’équipe considère que ce processus pourrait non seulement être la norme, mais également essentiel à la compréhension de la formation galactique. Les flux entrant et sortant de gaz moléculaire froid ont fait l’objet d’observations antérieures. Toutefois, c’est la première fois qu’ils sont simultanément détectés au sein d’un même système. Cette observation offre donc la toute première confirmation que l’un et l’autre flux s’inscrivent dans le cadre d’un même processus.  

Abell 2597 se situe dans la constellation du Verseau. Son appellation dérive de son appartenance au catalogue Abell des riches amas de galaxies. Dans ce catalogue figurent également des amas tels l’amas du Fourneau, l’amas d’Hercule et l’amas de Pandora

Des observations effectuées par ALMA et des données acquises par le spectrographe MUSE installé sur le VLT de l’ESO ont mis au jour l’existence d’une énorme fontaine de gaz moléculaire alimentée par un trou noir au sein de la galaxie la plus brillante de l’amas Abell 2597. Le cycle galactique complet des flux entrant et sortant de cette vaste fontaine cosmique n’avait encore jamais été observé dans aucun système.

Cette séquence de zoom vidéo débute sur une vue étendue de la Voie Lactée et s’achève sur une vue rapprochée de l’amas Abell 2597. Des observations effectuées par ALMA et des données acquises par le spectrographe MUSE installé sur le VLT de l’ESO ont mis au jour l’existence d’une énorme fontaine de gaz moléculaire alimentée par un trou noir au sein de la galaxie la plus brillante de l’amas Abell 2597. Le cycle galactique complet des flux entrant et sortant de cette vaste fontaine cosmique n’avait encore jamais été observé dans aucun système. L’image finale est un composite couleur de l’amas de galaxies Abell 2597 sur lequel figure le flux de gaz alimenté par le trou noir supermassif situé au coeur de la galaxie centrale. Les données d’ALMA, en jaune, matérialisent le gaz froid. En rouge, les données acquises par l’instrument MUSE qui équipe le Very Large Telescope de l’ESO, montrent le gaz d’hydrogène chaud. En bleu-mauve figure le gaz ionisé et chaud détecté par l’Observatoire Chandra en rayons X.

Source ESO.

• Photos d’ALMA 

• Photos du VLT

Source(s): 

G. R. Tremblay, F. Combes, J. B. R. Oonk, H. R. Russell, M. A. McDonald, M. Gaspari, B. Husemann, P. E. J. Nulsen, B. R. McNamara, S. L. Hamer, C. P. O'Dea, S. A. Baum, T. A. Davis, M. Donahue, G. M. Voit, A. C. Edge, E. L. Blanton, M. N. Bremer, E. Bulbul, T. E. Clarke, L. P. David, L. O. V. Edwards, D. Eggerman, A. C. Fabian, W. Forman, C. Jones, N. Kerman, R. P. Kraft, Y. Li, M. Powell, S. W. Randall, P. Salomé, A. Simionescu, Y. Su1, M. Sun, C. M. Urry, A. N. Vantyghem, B. J. Wilkes, and J. A. ZuHone (2018) A Galaxy-scale Fountain of Cold Molecular Gas Pumped by a Black Hole The Astrophysical Journal, doi:10.3847/1538-4357/aad6dd 

Contact(s):
  • Thierry Botti, LAM
    thierry [dot] botti [at] univ-amu [dot] fr, 04 95 04 41 06
  • Francoise Combes, LERMA
    francoise [dot] combes [at] obspm [dot] fr, 33 (0)1 40 51 20 77

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