La durée de vie des galaxies pourrait être plus longue si les trous noirs supermassifs faisaient office de «cœur et de poumons», les gardant «respirants» et empêchant les galaxies de devenir trop grandes. C’est ce que suggère une nouvelle étude indiquant que l’Univers vieillirait beaucoup plus rapidement et serait aujourd’hui rempli de galaxies «zombies» contenant des étoiles mortes ou mourantes sans les trous noirs supermassifs qui résident au cœur de toutes les grandes galaxies. Les astrophysiciens à l’origine de ces découvertes comparent les panaches de gaz et de radiations que les trous noirs supermassifs soufflent de leurs pôles vers les voies respiratoires, à la respiration et aux poumons.
L’équipe de l’Université de Kent estime que les impulsions de chaque «cœur» de trou noir provoquent des fronts de choc qui oscillent d’avant en arrière à travers les deux jets. Ceci est similaire à la façon dont une partie de notre corps appelée diaphragme thoracique se déplace de haut en bas à l’intérieur de la cavité thoracique pour gonfler et dégonfler nos poumons, rapporte la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Un disque blanc traversé par des rayures sombres et de longues lignes violettes émanant de ses pôles. ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)/C Richards/MD Smith/Université de Kent
Dans les galaxies, cette action semblable à une respiration transfère l’énergie des jets supermassifs éjectés par le trou noir dans l’environnement environnant, un peu comme la façon dont vous pourriez expirer de l’air chaud dans de l’air plus froid par une froide matinée d’hiver. Les étoiles se forment lorsque les nuages de gaz interstellaires se refroidissent et se condensent. Cela signifie que cette expiration pourrait ralentir la formation des étoiles, réduisant ainsi la croissance des galaxies.
L’équipe est arrivée à cette conclusion après avoir analysé des simulations conçues pour reproduire les effets des jets supersoniques supermassifs éjectés par un trou noir sur le ralentissement de la croissance des galaxies. Des simulations ont montré que le cœur d’un trou noir supermassif peut palpiter, créant une pression élevée dans les jets – un peu comme une personne souffrant d’hypertension artérielle ou «d’hypertension».
Lorsque cela s’est produit, l’équipe a constaté que les jets commençaient à agir comme des soufflets, provoquant des ondes sonores qui se propageaient à travers le matériau environnant constitué de gaz et de poussière galactiques.
«Nous avons réalisé que les jets devaient disposer d’un moyen pour maintenir le gaz entourant la galaxie, et c’est ce que nous avons découvert dans nos simulations informatiques”, a déclaré Carl Richards, membre de l’équipe et étudiant diplômé de l’Université de Kent, dans un communiqué. “Le comportement inattendu a été découvert lorsque nous avons analysé des simulations informatiques de l’hypertension artérielle et laissé le cœur battre».
Cela envoyait un flux d’impulsions dans les jets à haute pression, les faisant changer de forme en raison de l’action de type soufflet des fronts d’ondes de choc oscillants du jet. Le chercheur a ajouté que ces jets se dilataient «comme des poumons remplis d’air». Ce faisant, ils ont envoyé des ondulations de pression dans la matière galactique qui les entourait, stoppant ainsi la croissance des galaxies dans les simulations.
Une illustration montrant des ondes sonores (ondulations) dans le gaz chaud remplissant l’amas de Persée. On pense qu’ils ont été créés par des cavités soufflées par des jets provenant d’un trou noir supermassif, la tache blanche brillante au centre de la galaxie. NASA/NASA/CXC/M.Weiss
En plus des simulations de l’équipe, il existe d’autres preuves de ce phénomène dans des galaxies réelles. Par exemple, à environ 240 millions d’années-lumière de la Terre, dans l’amas de galaxies de Persée, les astronomes ont constaté la présence de grosses bulles de gaz dans cet ensemble de milliers de galaxies noyées dans un énorme nuage de gaz avec des températures de plusieurs millions de degrés. On pense qu’ils sont le résultat d’ondes sonores balayant l’environnement galactique de cet amas.
Cependant, il est extrêmement difficile d’atteindre un équilibre entre l’activité des trous noirs et le flux de gaz vers les galaxies, car les trous noirs supermassifs nécessitent un flux constant de gaz et de poussière pour créer des jets.
“Une respiration trop rapide ou trop lente ne fournira pas les secousses vitales nécessaires au maintien de l’environnement galactique tout en fournissant du carburant au cœur”, a déclaré Michael Smith, membre de l’équipe et chercheur à l’Université de Kent, dans un communiqué. “Cependant, ce n’est pas facile à faire et nous avons des limites sur le type de pulsation, la taille du trou noir et la qualité des poumons.”
Les ondes sonores
Une équipe de scientifiques a conclu que la durée de vie d’une galaxie peut être prolongée par son «cœur» supermassif – un trou noir – et ses «poumons» à réaction éjectés de son noyau, car ils freinent la croissance en limitant la quantité de gaz qui s’effondre dans les premiers temps étoiles .
Sans ce mécanisme, de nombreuses galaxies auraient déjà épuisé le carburant dont elles ont besoin pour former des étoiles dans notre Univers vieux de 13,8 milliards d’années. En conséquence, elles s’éteindraient et la plupart des galaxies ressembleraient désormais à des galaxies zombies dites «rouges et mortes», remplies d’anciennes étoiles calcinées.