Les astronomes qui observent les plus grandes galaxies de l'univers sont confrontés à un grand mystère. Les modèles informatiques prédisent que ces structures devraient être pleines de nouvelles étoiles, mais elles sont étrangement calmes. Les galaxies les plus massives contiennent moins d'étoiles que prévu, ce qui suggère qu'une force puissante a arrêté leur production.
Le principal suspect est le trou noir supermassif au centre de ces galaxies. En absorbant la matière environnante, ces géants gravitationnels créent des vents violents. Ces vents balaient la galaxie, emportant le gaz et la poussière nécessaires à la formation des étoiles. Cependant, les scientifiques ne voyaient que des aperçus de ce phénomène.
La mission XRISM, lancée en 2023 par l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise, la NASA et l'Agence spatiale européenne, a changé la donne. Elle a commencé ses opérations en automne 2024. Son instrument offre une résolution énergétique dix fois supérieure à celle de son prédécesseur, permettant une observation détaillée des environnements extrêmes de l'univers.
Xin "Cindy" Xiang, chercheuse à l'Université du Michigan, a utilisé cet outil pour étudier NGC 4151, une galaxie située à environ 50 millions d'années-lumière. Cette galaxie possède un noyau très actif alimenté par un trou noir. Avant XRISM, les chercheurs manquaient de clarté pour comprendre ces tempêtes galactiques. "Avant XRISM, nous ne pouvions voir que les grandes lignes des écoulements", a expliqué Xiang. "Mais il faut pouvoir distinguer les détails fins pour répondre à des questions importantes : quelle est leur structure ? Comment les vents sont-ils lancés ?"
Les nouvelles données ont révélé trois types de vents soufflant du trou noir, à différentes vitesses. Les plus lents voyagent entre 100 et 1 000 km/s. Les intermédiaires atteignent 10 000 km/s. Les plus rapides vont de 10 000 à 100 000 km/s. Xiang et son collaborateur, Jon Miller, ont montré que ces vents les plus rapides peuvent éjecter complètement la matière de la galaxie hôte.
La découverte la plus importante concerne le moment de ces éruptions. Les vents les plus rapides n'agissent pas en continu. Ils éclatent environ 10 000 secondes (environ 2,8 heures) après que le trou noir émette une rafale de rayons X. Ces vents rapides apparaissent dans les moments calmes qui suivent les rafales de rayons X.
Ce délai de 2,8 heures est la première fois que les astronomes lient l'activité des rayons X au moment exact où ces vents commencent. Ce moment correspond aux modèles informatiques qui suggèrent que les vents sont entraînés par des phénomènes magnétiques dans le disque d'accrétion.
Pour analyser ce schéma, Xiang a développé un nouvel indice, le "cindicity". Cet outil combine les données de luminosité des rayons X avec les caractéristiques spectrales pour prédire quand les vents les plus rapides frapperont. Dans NGC 4151, les vents les plus intenses se produisent lorsque les rayons X sont faibles mais ont des traits spectraux durs.
Xiang a présenté ces résultats lors d'une réunion scientifique. Elle imagine un futur où les astronomes utiliseront son indice comme une prévision météo cosmique. "L'idée est que, à l'avenir, vous pourriez me donner la cindicity de votre source à ce moment précis et je pourrai vous dire la probabilité que vous observiez un flux rapide", a-t-elle dit.
Le destin d'une galaxie géante est dicté par les violentes tempêtes en son cœur. En cartographiant le moment exact de ces vents, les scientifiques comprennent enfin comment un seul trou noir peut priver une galaxie entière de son avenir stellaire.