Crédit d'image: ESO
Réalisant un vieux rêve d'astronomes, les observations avec le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) à l'ESO Paranal Observatory (Chili) ont maintenant permis d'obtenir une image claire de l'environnement immédiat du trou noir au centre d'une galaxie active . Les nouveaux résultats concernent la galaxie spirale NGC 1068, située à une distance d'environ 50 millions d'années-lumière.
Ils montrent une configuration de poussière relativement chaude (environ 50 ° C) mesurant 11 années-lumière de diamètre et 7 années-lumière d'épaisseur, avec une zone intérieure plus chaude (500 ° C), d'environ 2 années-lumière de large.
Ces images et observations spectrales confirment la théorie actuelle selon laquelle les trous noirs au centre des galaxies actives sont entourés d'une épaisse structure en forme de beignet de gaz et de poussière appelée «tore».
Pour cette étude pionnière, le premier de son genre d'objet extragalactique au moyen d'une interférométrie infrarouge à longue ligne de base, une équipe internationale d'astronomes [2] a utilisé le nouvel instrument MIDI dans le laboratoire VLTI. Il a été conçu et construit en collaboration entre des instituts de recherche allemands, néerlandais et français [3].
En combinant la lumière de deux télescopes unitaires VLT de 8,2 m au cours de deux cycles d'observation en juin et novembre 2003, respectivement, une résolution maximale de 0,013 arcsec a été atteinte, correspondant à environ 3 années-lumière à la distance de NGC 1068. Spectres infrarouges du la région centrale de cette galaxie a été obtenue, ce qui indique que la poussière chauffée est probablement de composition alumino-silicate.
Les nouveaux résultats sont publiés dans un document de recherche paru dans le numéro du 6 mai 2004 de la revue internationale de recherche Nature.
NGC 1068 - une galaxie active typique
Les galaxies actives sont parmi les objets les plus spectaculaires du ciel. Leurs noyaux compacts (AGN = Active Galaxy Nuclei) sont si lumineux qu'ils peuvent éclipser toute la galaxie; Les «quasars» constituent des cas extrêmes de ce phénomène. Ces objets cosmiques présentent de nombreuses caractéristiques d'observation intéressantes sur l'ensemble du spectre électromagnétique, allant de la radio à l'émission de rayons X.
Il y a maintenant beaucoup de preuves que la centrale électrique ultime de ces activités trouve son origine dans des trous noirs supermassifs avec des masses atteignant des milliers de millions de fois la masse de notre Soleil, cf. par exemple, ESO PR 04/01. Celui de la galaxie de la Voie lactée ne compte que 3 millions de masses solaires environ, cf. ESO PR 17/02. On pense que le trou noir est alimenté par un disque d'accrétion de gaz et de poussière enroulé étroitement. Le matériau qui tombe vers ces trous noirs sera comprimé et chauffé à des températures énormes. Ce gaz chaud rayonne une énorme quantité de lumière, ce qui fait briller le noyau de la galaxie active de façon si brillante.
NGC 1068 (également connu sous le nom de Messier 77) est parmi les galaxies actives les plus brillantes et les plus proches. Situé dans la constellation Cetus (la baleine) à une distance d'environ 50 millions d'années-lumière, il ressemble à une galaxie spirale barrée plutôt normale. Le cœur de cette galaxie est cependant très lumineux, non seulement en lumière optique, mais aussi en lumière ultraviolette et aux rayons X. Un trou noir d'une masse équivalente à environ 100 millions de fois la masse de notre Soleil est nécessaire pour tenir compte de l'activité nucléaire dans NGC 1068.
Les observations du VLTI
Dans la nuit du 14 au 16 juin 2003, une équipe d'astronomes européens [2] a effectué une première série d'observations pour vérifier le potentiel scientifique du nouvel instrument MIDI installé sur le VLTI. Ils ont également étudié la galaxie active NGC 1068. Dès cette première tentative, il était possible de voir des détails près du centre de cet objet, cf. ESO PR 17/03.
Le MIDI est sensible à la lumière d'une longueur d'onde proche de 10 µm, c'est-à-dire dans la région spectrale moyen infrarouge («infrarouge thermique»). Avec des distances entre les télescopes («lignes de base») pouvant atteindre 200 m, le MIDI peut atteindre une résolution angulaire maximale (netteté de l'image) d'environ 0,01 seconde d'arc. Tout aussi important, en combinant les faisceaux lumineux de deux télescopes unitaires VLT de 8,2 m, le MIDI permet désormais, pour la première fois, d'effectuer une interférométrie infrarouge d'objets relativement faibles en dehors de notre propre galaxie, la Voie lactée.
Grâce à sa haute sensibilité au rayonnement thermique, le MIDI est idéalement adapté pour étudier des matériaux dans les régions très obscures près d'un trou noir central et chauffé par ses rayons ultraviolets et optiques. L'énergie absorbée par les grains de poussière est ensuite retransmise à des longueurs d'onde plus longues dans la région spectrale infrarouge thermique entre 5 et 100 µm.
La région centrale dans NGC 1068
Des observations interférométriques supplémentaires ont été obtenues en novembre 2003 à une ligne de base de 42 m. Après une analyse minutieuse de toutes les données, la résolution spatiale obtenue (netteté de l'image) et les spectres détaillés ont permis aux astronomes d'étudier la structure de la région centrale du NGC 1068.
Ils détectent la présence d'un nuage de poussière le plus intérieur, relativement "chaud", chauffé à environ 500 ° C et avec un diamètre égal ou inférieur à la netteté de l'image obtenue, soit environ 3 années-lumière. Il est entouré d'une région plus fraîche et poussiéreuse, avec une température d'environ 50 ° C, mesurant 11 années-lumière de diamètre et environ 7 années-lumière d'épaisseur. Il s'agit très probablement du nuage central en forme de disque prévu qui tourne autour du trou noir.
L'épaisseur comparative de la structure observée (l'épaisseur est d'environ 65% du diamètre) est particulièrement pertinente en ce qu'elle ne peut rester stable que si elle est soumise à une injection continue d'énergie de mouvement («cinétique»). Cependant, aucun des modèles actuels de régions centrales dans les galaxies actives n'en fournit une explication convaincante.
Les spectres MIDI, couvrant l'intervalle de longueur d'onde de 8 à 13,5 µm, fournissent également des informations sur la composition possible des grains de poussière. Le constituant le plus probable est le silicate de calcium et d'aluminium (Ca2Al2SiO7), une espèce à haute température que l'on trouve également dans l'atmosphère extérieure de certaines étoiles super-géantes. Pourtant, ces observations pilotes ne peuvent pas exclure de manière concluante d'autres types de poussières non olivines.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
