Connaissez-vous XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) ? C'est un télescope spatial à rayons X de l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (Jaxa), construit en partenariat avec la Nasa et l'ESA.

XRISM est un satellite d'astronomie des rayons X de nouvelle génération, succédant à l'observatoire spatial Chandra et à XMM-Newton et destiné à étudier les amas de galaxies, les jets de matière provenant des noyaux galactiques et la matière noire.

L'ESA a fêté ce 10 décembre le lancement du satellite XMM-Newton il y a 20 ans par la fusée Ariane 5. © ESA, XMM-Newton, I. de la Calle

XMM-Newton : 20 ans d'exploration de l'Univers en rayons X

L'ESA vient de fêter les 20 ans des bons et loyaux services de XMM-Newton, un poids lourd des télescopes spatiaux observant le cosmos dans le domaine des rayons X. Il a fourni plusieurs découvertes sur les trous noirs et les étoiles à neutrons.... Lire la suite

Avec lui, et comme l'explique un communiqué de l'Université de Tohoku qui accompagne un article publié dans la célèbre revue Nature Astronomy, une équipe d'astrophysiciens a découvert que les vents générés par les trous noirs supermassifs sont 100 fois plus puissants qu'on ne le pensait auparavant.

Illustration schématique de la structure hiérarchique de l'Univers, depuis un amas de galaxies de plus de 300 000 années-lumière de diamètre jusqu'à une galaxie individuelle et le trou noir supermassif en son centre avec ses vents de matière produits par l'accrétion du gaz. Bien qu'un trou noir soit plus de 100 millions de fois plus petit que le rayon de sa galaxie hôte, il joue un rôle crucial dans la région centrale de cette dernière. © Université de Tohoku

Satoshi Yamada, professeur adjoint à l'Institut Frontier pour les Sciences interdisciplinaires (FRIS) de l'Université de Tohoku, précise à ce sujet que « les trous noirs sont largement connus pour aspirer la matière, mais ils éjectent également du gaz sous forme de vents puissants. On pensait que ces vents étaient contenus dans la galaxie, mais notre étude a révélé que cette force est immensément plus puissante qu'on ne le pensait auparavant ».

Un quasar proche au centre d'un amas de galaxies

Les astrophysiciens sont arrivés à cette conclusion avec XRISM en étudiant l'activité du quasar H1821+643, situé dans la constellation du Dragon à environ 3,4 milliards d'années-lumière de la Voie lactée. Il est situé dans une grande galaxie elle-même au cœur d'un amas de galaxie baigné d'un plasma turbulent et chaud au point d'émettre des rayons X.

Une vue d'artiste d'un trou noir supermassif devenant un quasar en absorbant de la matière qui tombe sur lui. © vadosloginov, Adobe Stock

Le plus lointain flamboiement d'un quasar révèle des secrets des trous noirs supermassifs

En cherchant à remonter toujours plus loin dans le temps pour observer les développements précoces des quasars, ces prodigieux phares cosmiques, les astrophysiciens tentent de reconstituer les conditions qui ont permis la formation des premiers trous noirs supermassifs, lesquels ont influencé l'évolution des galaxies. Aujourd'hui, ils annoncent avoir battu un nouveau record en ce qui concerne les quasars.... Lire la suite

Ce quatrième état de la matière, semblable au plasma solaire, contient des ions de fer avec des raies d'émission, raies que l'on peut identifier et étudier en rayons X avec XRISM et qui servent de traceurs pour les mouvements du plasma.

Illustration conceptuelle montrant une « explosion » provoquée par un trou noir supermassif situé au centre d'une galaxie. Son énergie se propage au-delà de la galaxie et dans l'environnement du groupe de galaxies environnant. L'illustration représente le transport d'une quantité colossale d'énergie dans l'espace environnant, engendrant un violent mouvement de gaz chaud. © Université de Tohoku

Les astrophysiciens ont alors constaté que les vents de matière violents, issus du disque de plasma instable autour du trou noir supermassif de Kerr en rotation, responsable de la brillance du quasar H1821+643, peuvent souffler jusqu'à 300 000 années-lumière de distance. Ils peuvent affecter le plasma de l'amas de galaxie comme s'il était exposé au souffle de plusieurs milliards d'explosions de supernovae, une quantité d'énergie impliquée dans sa turbulence 100 fois supérieure aux estimations précédentes.

Le saviez-vous ?

Il y a environ 60 ans, la technique des occultations a permis de déterminer la contrepartie dans le visible de ce qui n'était alors qu'une étonnante source radio puissante, 3C 273. Lorsque Maarten Schmidt, un astronome néerlandais, a ensuite fait l’analyse spectrale de la lumière de l’astre toujours dans le visible, il découvrit avec stupéfaction des lignes d’émissions de l’hydrogène fortement décalées vers le rouge. Or, 3C 273 apparaissait dans le visible comme une étoile, alors que ce résultat impliquait qu’il se situât en dehors de la Voie lactée à une distance cosmologique. Pour être observable d’aussi loin, l’objet devait donc être d’une luminosité prodigieuse. D’autres quasi-stellars radio sources, des quasars selon la dénomination proposée en 1964 par l’astrophysicien d’origine chinoise Hong-Yee Chiu, n’allaient pas tarder à être découverts. On en connaît aujourd’hui plus de 200 000.

Les astrophysiciens ont très tôt cherché à comprendre la nature de ces astres qui, bien que libérant d’énormes quantités d’énergie, semblaient être de petite taille. On a d’abord pensé qu’il pouvait s’agir d’énormes étoiles dominées par les effets de la relativité générale, notamment responsables du décalage spectral, avant d’envisager assez rapidement qu’il pouvait s’agir de trous noirs supermassifs accrétant d’importantes quantités de gaz. Dans le bestiaire des astres relativistes que l’on commençait à explorer sérieusement pendant les années 1960, certains, comme le Russe Igor Novikov et l'Israélien Yuval Ne'eman, ont même proposé que les quasars soient en fait des trous blancs. C’est-à-dire soit des régions de l’Univers dont l’expansion au moment du Big Bang avait été retardée (hypothèse des lagging core), soit l’autre extrémité de trous de ver éjectant la matière qu’ils avaient absorbée sous forme de trous noirs dans une autre partie du cosmos, voire dans un autre Univers.

Image en rayons X du groupe de galaxies H1821+643 obtenue avec l'observatoire spatial Chandra. Le carré vert en pointillés indique la région observée, correspondant à une échelle physique d'environ 900 000 années-lumière de côté. Le panneau inférieur montre la distribution énergétique des raies d'émission X des ions de fer (par exemple, à 6,7 keV) dans la région centrale (dans un rayon d'environ 300 000 années-lumière), les données observationnelles (en blanc) étant superposées au modèle d'ajustement optimal (en rouge). Comparé à un amas de galaxies typique comme l'amas de Persée, l'élargissement des raies est nettement plus prononcé, indiquant la présence d'un gaz chaud très turbulent et dynamiquement actif sur une vaste étendue spatiale. © Yamada et al.