Un trou noir supermassif surpris pour la première fois en plein repas perpétuel

Les trous noirs supermassifs sont des objets célestes situés au centre de la plupart des galaxies, dont la masse équivaut à des millions ou des milliards de fois celle du Soleil. Leur existence a été théorisée dès la fin du 18e siècle, mais ils restent invisibles car rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Ces géants cosmiques attirent la matière environnante grâce à leur force gravitationnelle extrême. Cependant, seule une infime partie de cette matière est engloutie : la majorité est éjectée sous forme de jets de plasma à des vitesses proches de celle de la lumière. Ces jets, bien que puissants, ne suffisaient pas à expliquer comment les trous noirs supermassifs continuent de croître malgré leur environnement hostile. Leur rôle dans l’évolution des galaxies restait donc un mystère.

En 1998, des astronomes avaient émis l’hypothèse que les trous noirs supermassifs pourraient s’alimenter eux-mêmes grâce à un mécanisme d’autorégulation. Selon cette théorie, les jets de plasma réchauffant le gaz environnant devraient normalement couper leur approvisionnement en matière. Cependant, ce gaz, en s’éloignant du trou noir, se refroidirait et se condenserait en longs filaments qui retombent vers le centre de la galaxie, nourrissant à nouveau le trou noir. Ce cycle permettrait aux trous noirs de maintenir leur croissance malgré les jets énergétiques. Cette idée, bien que séduisante, n’avait jamais été observée directement jusqu’à présent.

Une équipe internationale dirigée par l’astrophysicienne Julie Hlavacek-Larrondo, professeure à l’Université de Montréal, a utilisé le télescope spatial James Webb pour étudier la galaxie NGC 4696, située à environ 145 millions d’années-lumière de la Voie lactée. Cette galaxie, 100 fois plus massive que notre galaxie, est un laboratoire cosmique idéal car son gaz environnant est suffisamment dense pour être observable. Grâce à l’instrument NIRSpec du James Webb, les chercheurs ont cartographié le mouvement du gaz autour du trou noir central avec une précision inégalée, révélant pour la première fois le mécanisme d’autorégulation en action.

Les observations ont montré que le trou noir supermassif de NGC 4696 émet des jets de plasma qui compriment le gaz environnant, formant de longs filaments de gaz froid et dense. Ces filaments, visibles sous forme de tourbillons sombres, s’étendent sur des centaines d’années-lumière et sont physiquement reliés à un disque de gaz en rotation autour du trou noir. Ce disque, mesurant près de 800 années-lumière de diamètre, tourne à des vitesses atteignant 600 kilomètres par seconde. Environ 10 masses solaires de gaz tombent chaque année des filaments vers ce disque, qui alimente à son tour le trou noir, perpétuant ainsi le cycle.

Les données recueillies indiquent que seulement 0,001 % de la matière tombant vers le trou noir est effectivement engloutie. Les 99,999 % restants sont probablement réinjectés dans l’espace sous forme de vents ou de jets, créant un système de recyclage à l’échelle galactique. Ce mécanisme, observé pour la première fois, suggère que les trous noirs supermassifs pourraient jouer un rôle clé dans l’évolution des galaxies en régulant la formation d’étoiles et la distribution de la matière. Les simulations informatiques, intégrant la relativité générale et les champs magnétiques, ont confirmé ces observations, renforçant l’hypothèse d’un processus universel.