Disques de croissance des trous noirs supermassifs, c’est ainsi que se produit l’expulsion de la matière

Galaxie NGC 4151 (à gauche) et un gros plan de la région centrale de la même galaxie (à droite). Le cercle dans l’image de droite délimite la région de sortie, la zone à partir de laquelle le gaz commence son voyage pour se propager à très grande vitesse sur de longues distances (crédit : Adam Block/Université de l’Arizona et Judy Schmidt).

Il n’est pas vrai que tout ce qui tourne autour des trous noirs est ensuite inévitablement aspiré par ceux-ci. Une grande quantité de matière « éclabousse » à la suite d’un phénomène impliquant ce qu’on appelle le disque d’accrétion, ce disque de matériaux, de plasma et de gaz qui circule en vortex autour du trou noir avant de tomber dedans. Au contraire, la matière qui éclabousse est supérieure, en termes de quantité, à celle qui est incorporée par le trou noir lui-même. Nous parlons, bien sûr, des trous noirs supermassifs que l’on trouve au centre des galaxies, ceux qui sont plus facilement identifiables précisément parce qu’ils sont entourés d’un disque de croissance lumineux.

La quantité de matière « éjectée » peut être jusqu’à 1000 fois supérieure à celle qui est capturée. Le modèle traditionnel développé par les scientifiques voit deux phases en ce qui concerne l’accumulation de matière dans les régions centrales des galaxies actives, c’est-à-dire les galaxies qui ont des trous noirs supermassifs avec des disques de croissance relatifs : une phase dans laquelle le flux de matière ionisé à très grande vitesse est expulsé du noyau et une phase dans laquelle les molécules plus lentes finissent dans le noyau.
Et ces deux phases ont fait l’objet d’une étude menée par le chercheur Daniel May de l’Institut d’astronomie, de géophysique et des sciences atmosphériques (IAG-USP) de l’Université de Sao Paulo au Brésil.

« Nous avons découvert que la phase moléculaire, qui semble avoir une dynamique complètement différente de la phase ionisée, fait également partie de l’écoulement. Cela signifie qu’il y a beaucoup plus de matière qui est balayée du centre et que le noyau galactique actif joue un rôle beaucoup plus important dans la structuration de la galaxie dans son ensemble », explique M. May dans le communiqué de presse.
Le chercheur a notamment analysé deux galaxies actives, NGC 1068 et NGC 4151, et dans les deux galaxies, apparemment très différentes, il a identifié le même modèle : le disque de croissance autour des trous noirs au centre des galaxies se forme initialement avec un nuage de gaz moléculaire qui s’effondre.

Ce disque commence à émettre des photons qui atteignent des températures très élevées, repoussant presque tous les gaz. Une petite partie du gaz est plutôt absorbée par le disque et est finalement capturée par le trou noir. « Lorsque le nuage est aspiré dans le disque, deux phases distinctes prennent forme : l’une est ionisée en raison de l’exposition au disque et l’autre est moléculaire et obscurcie par son rayonnement. Nous avons découvert que la partie moléculaire est entièrement liée à la partie ionisée, connue sous le nom de ruissellement. Nous avons pu relier les deux phases du gaz, auparavant considérées comme déconnectées, et adapter leurs morphologies en un seul scénario », explique le chercheur.
Il se forme une bulle chaude en expansion qui peut devenir très grande et avoir un rayon allant jusqu’à 300 années-lumière. Cette bulle chaude en expansion pousse le gaz ionisé de plus en plus loin tandis qu’à l’extérieur, le disque de croissance entier nous apparaît comme un point très lumineux.