Les astronomes pourraient enfin tenir le coupable d'une affaire cosmique non résolue : pourquoi les plus grandes galaxies de l'univers manquent-elles d'étoiles ? De nouvelles données de la mission XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) suggèrent que les trous noirs supermassifs sont les responsables, soufflant le gaz nécessaire à la formation des étoiles.

Les modèles actuels prédisent que les galaxies les plus massives devraient regorger de masse stellaire, mais les observations montrent un déficit significatif. Xin « Cindy » Xiang, doctorante à l'Université du Michigan, a utilisé les données de XRISM pour étudier une explication majeure et a trouvé des preuves pointant directement vers les trous noirs.

La plupart des gens connaissent les trous noirs comme des objets dont la gravité est si forte que même la lumière ne peut s'en échapper. Cependant, les trous noirs peuvent aussi créer des régions extrêmement brillantes autour d'eux. Alors que le gaz et la poussière spiralent vers l'intérieur, ils forment un disque d'accrétion qui émet d'énormes quantités d'énergie, y compris de puissants rayons X.

Les disques d'accrétion sont parmi les environnements les plus énergétiques de l'univers. La matière tombant vers le trou noir est chauffée par la gravité et la friction jusqu'à devenir un plasma intensément chaud. En même temps, le disque peut lancer de puissants flux de matière.

Ces vents peuvent être assez forts pour balayer le gaz hors d'une galaxie. Parce que le gaz est la matière première nécessaire à la formation de nouvelles étoiles, de tels flux pourraient réduire considérablement la formation future d'étoiles.

Les données de XRISM soutiennent cette possibilité. La mission est dirigée par l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale en partenariat avec la NASA et l'Agence spatiale européenne.

« Auparavant, sans XRISM, nous ne pouvions voir que les grandes caractéristiques des flux », a déclaré Xiang. « Mais vous devez être capable de résoudre les détails fins pour répondre à des questions importantes. Quelle est leur structure et leur géométrie ? Comment les vents sont-ils lancés et quand le sont-ils ? »

Lancé en 2023, XRISM a commencé ses observations scientifiques à l'automne 2024. Sa résolution énergétique est environ 10 fois meilleure que celle de son prédécesseur, permettant aux astronomes d'examiner les environnements des trous noirs avec beaucoup plus de détails.

Xiang et ses collaborateurs se sont concentrés sur NGC 4151, une galaxie brillante située à un peu plus de 50 millions d'années-lumière de la Terre. En son centre se trouve un noyau galactique actif (AGN), où un trou noir supermassif consomme activement de la matière et génère un disque d'accrétion lumineux. Cela fait de NGC 4151 un laboratoire idéal pour étudier les flux entraînés par les trous noirs.

« Avec XRISM, nous avons la meilleure résolution pour observer les AGN les plus brillants et nous obtenons les informations les plus riches sur les flux que nous ayons jamais observées pour un disque d'accrétion », a déclaré Xiang.

Travaillant aux côtés de Jon Miller, professeur d'astronomie à l'Université du Michigan, Xiang a précédemment montré que les vents du disque d'accrétion de NGC 4151 peuvent atteindre des vitesses suffisamment élevées pour éjecter de la matière du système. Elle a également identifié le mécanisme probable à l'origine de ces flux - l'entraînement magnétocentrifuge, similaire à ce qui déclenche les éruptions solaires.

Lors de la 248e réunion de l'American Astronomical Society à Pasadena, en Californie, Xiang a présenté une nouvelle méthode pour déterminer quand les puissants vents de NGC 4151 sont actifs. L'approche pourrait aider les chercheurs à identifier des flux similaires dans d'autres galaxies et à améliorer la compréhension des AGN dans tout l'univers.

Parce que les vents des AGN peuvent changer radicalement avec le temps, Xiang avait besoin d'un moyen de déterminer quand les flux les plus rapides et les plus forts se produisaient. Pour ce faire, elle a analysé des centaines de jours d'observations de NGC 4151 par XRISM.

Son travail s'est concentré sur les périodes où la production de rayons X de la galaxie s'illuminait en éruptions et sur la façon dont le signal X évoluait dans les heures suivantes.

En plus de mesurer la luminosité, Xiang a étudié si les rayons X détectés étaient relativement durs ou mous, une propriété comparable à la couleur dans la lumière visible. Elle a combiné ces mesures en un nouvel indicateur appelé l'indice d'intensité de couleur. Miller a suggéré de raccourcir le nom en « cindicity ».

« En partie parce que mon nom est Cindy », a déclaré Xiang. « Mais l'idée est que, à l'avenir, vous pourriez me dire la cindicity de votre source à ce moment-là. »