Lorsque le télescope spatial Fermi à rayons gamma est entré en orbite terrestre basse en 2008, il nous a ouvert les yeux sur un tout nouvel univers de rayonnement à haute énergie.
L’une de ses découvertes les plus curieuses a été les bulles de Fermi : des gouttes géantes et symétriques s’étendant au-dessus et au-dessous du plan galactique, à 25 000 années-lumière de chaque côté du centre de la Voie lactée, brillant dans la lumière des rayons gamma – les gammes de longueurs d’onde les plus énergétiques sur le spectre électromagnétique.
Puis, en 2020, un télescope à rayons X nommé eROSITA a trouvé une autre surprise : des bulles encore plus grosses s’étendant sur 45 000 années-lumière de chaque côté du plan galactique, émettant cette fois des rayons X moins énergétiques.
Les scientifiques ont depuis conclu que les deux ensembles de bulles sont probablement le résultat d’une sorte d’explosion ou d’explosions du centre galactique et du trou noir supermassif qui s’y trouve. Le mécanisme produisant les rayons gamma et X a cependant été un peu plus difficile à cerner.
Maintenant, en utilisant des simulations, le physicien Yutaka Fujita de l’Université métropolitaine de Tokyo au Japon a trouvé une explication unique qui explique les deux ensembles de bulles d’un seul coup.
L’émission de rayons X, a-t-il découvert, est le produit d’un vent puissant et rapide qui s’abat dans l’espace interstellaire rempli de gaz ténu, produisant une onde de choc qui se répercute à travers le plasma, lui causant cette lueur énergétique.
Le trou noir supermassif qui alimente le cœur de la Voie lactée – Sagittaire A * – est assez silencieux en ce qui concerne les trous noirs. Son activité alimentaire est minime; il est classé comme “quiescent”. Il n’en a pas toujours été ainsi. Et un trou noir actif peut avoir toutes sortes d’effets sur l’espace qui l’entoure.
Lorsque la matière tombe vers le trou noir, elle se réchauffe et s’embrase de lumière. Une partie du matériau est canalisée le long des lignes de champ magnétique à l’extérieur du trou noir, qui agissent comme un synchrotron pour accélérer les particules à une vitesse proche de la lumière. Ceux-ci sont lancés sous forme de puissants jets de plasma ionisé depuis les pôles du trou noir, se projetant dans l’espace jusqu’à des millions d’années-lumière.
De plus, il existe des vents cosmiques : des flux de particules chargées qui sont fouettées par la matière en orbite autour du trou noir qui explosent ensuite dans l’espace.
Alors que le Sagittaire A * peut être calme maintenant, cela n’a pas nécessairement toujours été le cas. Regardez bien, et des reliques d’activités passées, telles que les bulles de Fermi, peuvent être trouvées cachées dans l’espace autour du plan galactique. En étudiant ces reliques, nous pouvons comprendre quand et comment cette activité a eu lieu.
L’incursion de Fujita dans les bulles de Fermi est basée sur les données du satellite à rayons X Suzaku, désormais à la retraite, exploité conjointement par la NASA et l’Agence spatiale japonaise (JAXA). Il a pris des observations de Suzaku des structures de rayons X associées aux bulles et a effectué des simulations numériques pour essayer de les reproduire en se basant sur les processus d’alimentation des trous noirs.
Schéma montrant les structures entourant les bulles de Fermi. (Y. Fujita, MNRAS, 2022)
“Nous montrons qu’une combinaison des profils de densité, de température et d’âge de choc du gaz à rayons X peut être utilisée pour distinguer les mécanismes d’injection d’énergie”, écrit-il dans son article.
“En comparant les résultats des simulations numériques avec les observations, nous indiquons que les bulles ont été créées par un vent rapide venant du centre galactique car il génère un fort choc inverse et y reproduit le pic de température observé.”
Le scénario le plus probable, a-t-il découvert, est un vent de trou noir soufflant à une vitesse de 1 000 kilomètres par seconde (621 miles) à partir d’un événement d’alimentation passé qui a été mesuré au cours de 10 millions d’années et s’est terminé assez récemment. Lorsque le vent se propage vers l’extérieur, les particules chargées entrent en collision avec le milieu interstellaire, produisant une onde de choc qui rebondit dans la bulle. Ces ondes de choc inverses chauffent le matériau à l’intérieur des bulles, le faisant briller.
Les simulations numériques développées par Fujita ont reproduit avec précision le profil de température de la structure des rayons X.
Il a également étudié la possibilité d’une seule éruption explosive du centre galactique et a été incapable de reproduire les bulles de Fermi. Cela suggère qu’un vent lent et régulier du centre galactique était l’ancêtre le plus probable des structures mystérieuses. Et la puissance du vent ne peut être attribuée qu’au Sagittaire A*, et non à la formation d’étoiles – un autre phénomène qui produit des vents cosmiques.
“Ainsi”, écrit-il dans son article, “le vent peut être le même que les sorties de noyaux galactiques actifs souvent observées dans d’autres galaxies et censées réguler la croissance des galaxies et de leurs trous noirs centraux”.
L’article a été publié dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
