Les trous noirs actifs ne font pas que freiner la naissance des étoiles

Un trou noir supermassif en phase d’accrétion n’est peut-être pas seulement un mécanisme qui étouffe la formation d’étoiles à l’échelle d’une galaxie. Dans neuf galaxies de Seyfert proches, une équipe a identifié une configuration récurrente : des anneaux ou arcs de formation stellaire, des cônes de gaz ionisé éclairés par le noyau actif et des chocs rapides près du centre. Ces structures suggèrent que l’activité du trou noir et la naissance d’étoiles sont étroitement liées dans certaines régions. 12

Ce que les astronomes ont observé

Les anneaux ou arcs de formation stellaire se situent à des distances projetées d’environ 0,8 à 6 kiloparsecs des centres des neuf galaxies — un kiloparsec équivaut à environ 3 260 années-lumière. L’équipe a aussi repéré des zones de gaz photoionisé en forme de cônes, souvent de bicônes opposés, qui s’étendent sur plusieurs kiloparsecs depuis le noyau actif. Au centre, le gaz est fréquemment dominé par des chocs rapides ; d’autres régions dominées par les chocs entourent ces zones centrales et apparaissent localement au sein de certains anneaux stellaires. 2

Un noyau actif de galaxie, ou AGN pour active galactic nucleus, est la région centrale très lumineuse alimentée par la matière qui tombe vers un trou noir supermassif. Son rayonnement, ses vents ou ses jets peuvent transmettre de l’énergie au gaz environnant. Les nouvelles cartes indiquent que cette activité ne se produit pas à distance des pouponnières d’étoiles : elle se déploie au sein même de structures gazeuses où de nouvelles étoiles se forment. 12

Comment séparer l’effet des étoiles, du noyau actif et des chocs

Le problème est que les jeunes étoiles, le rayonnement d’un AGN et les chocs peuvent produire des signatures optiques similaires dans le gaz. Les chercheurs ont donc exploité des observations spatialement résolues de MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), installé sur le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral, au Chili. Ils ont ensuite appliqué un diagnostic théorique en trois dimensions conçu pour distinguer ces trois sources d’excitation. 14

Cette méthode permet de cartographier la zone où chacun de ces mécanismes domine, plutôt que de considérer l’émission du centre galactique comme un signal unique et mélangé. De profondes observations en rayons X de l’observatoire Chandra ont apporté un soutien indépendant à l’interprétation des structures centrales associées à l’AGN. 12

Pourquoi l’orientation des chocs compte

Les régions centrales dominées par les chocs rapides s’étendaient souvent perpendiculairement aux bicônes d’ionisation de l’AGN. Cette géométrie répétée est importante : elle est compatible avec une interaction physique entre l’énergie libérée par le noyau actif et le milieu interstellaire, plutôt qu’avec une simple superposition fortuite de structures sur notre ligne de visée. 2

Les auteurs estiment que ce motif concorde globalement avec des interactions entre des jets et le milieu interstellaire. Lorsque les jets sont faibles, les interactions entre des vents et le gaz pourraient aussi jouer un rôle. Dans les deux cas, les chocs peuvent perturber et comprimer le gaz, modifiant les conditions dans lesquelles les étoiles se forment. 1

Une vision moins binaire du « retour d’énergie » des AGN

La représentation simplifiée du retour d’énergie d’un AGN veut qu’un trou noir actif réduise la formation d’étoiles en chauffant le gaz ou en l’expulsant hors de la galaxie. Cette étude n’invalide pas ce mécanisme et ne montre pas que les AGN déclenchent systématiquement la formation d’étoiles. Les auteurs soulignent notamment que les anneaux observés peuvent aussi résulter de l’accumulation de gaz au niveau de résonances induites par une barre galactique. 1

Le résultat dessine plutôt un scénario conditionnel. Du gaz peut alimenter le trou noir ; l’AGN peut alors illuminer son environnement et produire des écoulements ou des chocs ; ces interactions peuvent à leur tour redistribuer, comprimer ou disperser le gaz. Selon les conditions locales, elles peuvent freiner la formation stellaire, coexister avec elle ou, potentiellement, créer un environnement plus favorable à son apparition. 12

La leçon est aussi méthodologique : pour savoir si un AGN met fin à la formation d’étoiles ou contribue à la favoriser, il faut isoler l’excitation produite par les chocs de celle due aux étoiles et au rayonnement du noyau actif. Sans cette séparation, le rôle réel du trou noir dans l’évolution de sa galaxie peut être mal interprété. 14