Inscrivez-vous à la newsletter scientifique Wonder Theory de CNN. Explorez l’univers avec des nouvelles sur des découvertes fascinantes, des avancées scientifiques et plus encore.
Des astronomes ont observé une paire de jets massifs s’échappant d’un trou noir supermassif situé à 7,5 milliards d’années-lumière de la Terre. La mégastructure s’étend sur 23 millions d’années-lumière de long, ce qui fait de ces jets de trou noir les plus grands jamais observés, selon une nouvelle étude.
Les trous noirs sont considérés comme les poubelles de l’univers, engloutissant presque tout ce qui passe à proximité. Mais une fraction de matière est éjectée avant qu’un objet ne tombe dedans, formant un jet de chaque côté du trou noir, a déclaré Martijn Oei, chercheur postdoctoral au California Institute of Technology et auteur principal d’une nouvelle étude décrivant la découverte.
Les résultats ont été publiés le 18 septembre dans la revue Nature.
Les jets des trous noirs peuvent accélérer le rayonnement et les particules à une vitesse proche de celle de la lumière, ce qui les fait briller dans des longueurs d’onde visibles par les radiotélescopes. Une telle lueur a attiré l’attention des astronomes à l’origine de la nouvelle étude alors qu’ils observaient le ciel à l’aide du radiotélescope européen LOFAR, ou LOw Frequency ARray, en 2018.
Les jets nouvellement décrits ont une puissance de sortie équivalente à celle de milliers de milliards de soleils et sont si massifs que les chercheurs ont surnommé la mégastructure Porphyrion, d’après un géant de la mythologie grecque.
Cette découverte pousse les astronomes à repenser leur compréhension de l’ampleur des jets de trous noirs ainsi que de la manière dont ces structures géantes peuvent affecter leur environnement et la structure de l’univers.
« Cette paire n’a pas seulement la taille d’un système solaire ou d’une Voie lactée ; nous parlons d’un diamètre total de 140 fois celui de la Voie lactée », a déclaré Oei. « La Voie lactée ne serait qu’un petit point dans ces deux éruptions géantes. »
À la recherche de la toile cosmique
Au départ, les chercheurs cherchaient autre chose en utilisant LOFAR : les filaments vaporeux de la toile cosmique.
La toile cosmique est la structure à grande échelle de l’univers, un réseau de matière qui imprègne tout l’espace entre les galaxies, a déclaré Oei.
Mais en cherchant à observer la toile cosmique, l’équipe a découvert de grands jets provenant des galaxies. Au total, l’équipe a repéré 10 000 nouvelles paires de jets de trous noirs. Un article décrivant ces paires a été accepté pour publication dans une autre revue, Astronomy & Astrophysics.
« Quand nous avons découvert ces jets géants, nous avons été très surpris », a déclaré Oei. « Nous n’imaginions pas qu’il y en avait autant. »
Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre des grandes galaxies. Les observations de l’équipe ont mis en évidence qu’un nombre croissant de galaxies possèdent des jets de trous noirs qui s’étendent bien au-delà de leurs frontières, a déclaré Oei.
Un chercheur d’un autre domaine, le co-auteur de l’étude Aivin Gast, a été le premier à repérer la paire de jets la plus massive.
À l’époque, Gast était étudiant en archéologie classique et en histoire ancienne à l’Université d’Oxford. Mais en raison de la pandémie, ses principaux travaux universitaires ont été suspendus, il a donc proposé d’aider Oei à effectuer une inspection visuelle des images radio capturées par LOFAR.
« Après avoir trouvé Porphyrion, nous étions tous les deux très excités, et après en avoir discuté, j’ai ressenti le frisson de voir et de co-découvrir quelque chose de spécial que personne n’avait apprécié auparavant », a déclaré Oei par e-mail.
Une fois que l’équipe a confirmé la galaxie d’où provenaient les jets, « Aivin a mis à profit son expérience classique et a proposé de donner au système le beau nom de « Porphyrion », qu’il porte désormais », a ajouté Oei.
Avant les observations de LOFAR, on pensait que les grands systèmes de jets étaient rares et qu’ils étaient censés être de plus petite taille. Avant que Porphyrion ne soit repéré, le plus grand système de jets de trous noirs confirmé était Alcyoneus.
La même équipe a découvert Alcyoneus, également nommé d’après un géant grec mythique, en 2022, et ce système de jets équivaut à environ 100 galaxies de la Voie lactée.
Le diamètre de la Voie lactée est estimé à 100 000 années-lumière. Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en un an, soit 9 460 milliards de kilomètres.
Mais les auteurs de l’étude ont adopté une approche plus large et ont considéré que la Voie Lactée mesure 163 078 années-lumière de diamètre pour représenter toutes les étoiles et la matière invisible de la galaxie, a déclaré Oei.
Ils ont donc décidé que Porphyrion équivalait à 140 diamètres de la Voie Lactée.
Les auteurs pensent désormais qu’il est possible de trouver des jets plus grands que Porphyrion à mesure que la technologie des radiotélescopes s’améliore.
À la recherche d’une origine galactique
Pour découvrir plus de détails sur l’origine des jets, l’équipe a mené des observations de suivi à l’aide du radiotélescope géant Metrewave en Inde et de l’observatoire WM Keck à Hawaï. Les observations ont mis en évidence une galaxie lointaine environ 10 fois plus massive que la Voie lactée.
Les données recueillies par l’observatoire Keck ont également révélé que les structures provenaient d’un trou noir actif en mode radiatif, plutôt que du type connu pour produire des jets plus gros, ce qui a surpris les chercheurs.
Lorsque les trous noirs supermassifs deviennent actifs, leur force gravitationnelle réchauffe la matière environnante, ce qui libère de l’énergie sous forme de rayonnement ou de jets. Les trous noirs en mode radiatif sont plus fréquents dans l’univers lointain, tandis que les trous noirs en mode jet sont plus fréquents dans l’univers proche, selon les chercheurs.
« Notre étude suggère que les trous noirs actifs en mode radiatif pourraient être aussi capables de générer des jets géants que les trous noirs actifs en mode jet dans l’univers proche », a déclaré Oei dans un courriel. « Nous apprenons que les jets géants pourraient être un phénomène très ancien : nous savons maintenant qu’ils existent depuis la plus grande partie de la vie de l’univers. Notre étude LOFAR n’a couvert que 15 % du ciel. Et la plupart de ces jets géants sont probablement difficiles à repérer, nous pensons donc qu’il existe beaucoup plus de ces mastodontes dans le monde. »
Comprendre combien de temps les jets de trous noirs géants ont existé au cours des 13,8 milliards d’années de l’univers pourrait aider les astronomes à découvrir comment les jets ont influencé leur environnement.
Les astronomes doivent répondre à deux grandes questions : comment l’univers est devenu magnétisé et comment les structures à grande échelle de la toile cosmique qui se trouvent entre les galaxies sont apparues. Les jets massifs des trous noirs pourraient aider à répondre à ces deux questions.
Si ces jets puissants de trous noirs persistent pendant des millions d’années, ils peuvent affecter le flux de matière dans l’espace intergalactique en libérant des particules chargées et des champs magnétiques à travers l’espace, selon les auteurs de l’étude.
« Chaque fois que les jets atteignent l’espace intergalactique, nous pensons qu’ils ont une grande influence sur le réchauffement de l’espace entre les galaxies et sur sa magnétisation », a déclaré Oei. « L’une des découvertes inattendues de ce système de jets géants est que les jets des trous noirs peuvent atteindre l’échelle de la toile cosmique. Ils sont si gros qu’ils peuvent, en principe, atteindre n’importe quel endroit. »
Les recherches de l’équipe montrent que Porphyrion était capable de chauffer son environnement dans l’espace intergalactique d’environ 1 million de degrés.
« Si ce réchauffement s’est produit suffisamment tôt dans le temps cosmique », a déclaré Oei, « il a peut-être ralenti la formation des galaxies, qui nécessitent un plasma ou un gaz intergalactique relativement froid pour s’effondrer et se former. »
Une nouvelle recherche de réponses cosmiques
L’équipe continue d’étudier comment les jets de trous noirs peuvent s’étendre si loin au-delà de leur galaxie hôte sans devenir instables.
« Les travaux de Martijn nous ont montré qu’il n’y a rien de particulièrement spécial dans l’environnement de ces sources géantes qui les amène à atteindre ces grandes tailles », a déclaré dans un communiqué Martin Hardcastle, co-auteur de l’étude et professeur d’astrophysique à l’Université de Hertfordshire en Angleterre.
L’étude révèle une découverte passionnante, un « enregistrement fossile » de l’activité des trous noirs supermassifs qui peut montrer comment les jets et le trou noir ont évolué au fil du temps, a déclaré Sasha Tchekhovskoy, professeur associé au département de physique et d’astronomie de l’Université Northwestern.
« La longévité remarquable des jets peut également nous aider à tester les modèles physiques des jets, en particulier leur stabilité face aux longues chances de réussir à se frayer un chemin à travers (l’espace intergalactique) », a déclaré Tchekhovskoy, qui n’a pas participé à la nouvelle étude.
Porphyrion a peut-être aussi magnétisé son environnement local, et Oei veut comprendre comment des jets massifs ont pu propager le magnétisme à travers la toile cosmique. L’origine du magnétisme est essentielle car les champs magnétiques, comme celui qui entoure la Terre, peuvent protéger et protéger une atmosphère propice à la vie.
« Le magnétisme de notre planète permet à la vie de prospérer, c’est pourquoi nous voulons comprendre comment il est apparu », a déclaré Oei. « Nous savons que le magnétisme imprègne la toile cosmique, puis se propage dans les galaxies et les étoiles, et finalement jusqu’aux planètes, mais la question est : où commence-t-il ? Ces jets géants ont-ils répandu le magnétisme à travers le cosmos ? »
Pour plus d’actualités et de newsletters CNN, créez un compte sur CNN.com