Un gaz riche en métaux entoure le trou noir de la Voie lactée

Le gaz en orbite autour de Sagittarius  A*  (Sgr A*), le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée, est riche en métaux, constate une équipe de recherche de l’Institut spatial Trottier de l’Université McGill. Cette teneur en métaux résulterait probablement de l’explosion d’étoiles qui, au fil du temps, ont libéré de la matière dans l’environnement du trou noir.  

L’équipe a également constaté que la composition du gaz était semblable à celle de nombreuses étoiles en orbite autour du trou noir, ce qui laisse penser que le gaz et les étoiles pourraient s’être formés ensemble.  

Sgr A* est le trou noir supermassif le plus proche de la Terre, donc le plus facile à observer. Ces résultats pourraient contribuer à une meilleure compréhension de la répartition des métaux autour des trous noirs supermassifs de galaxies plus éloignées, ainsi que des processus qui ont fourni bon nombre de ces éléments à la Terre, pensent les chercheurs. 

En astronomie, le terme « métaux » désigne tous les éléments plus lourds que l’hélium et l’hydrogène, comme le carbone, l’oxygène, le fer et l’or. Leur présence influence la vitesse de refroidissement du gaz et, par conséquent, la facilité avec laquelle il peut être attiré dans un trou noir. 

« Nous savons qu’il y a un trou noir au centre de notre galaxie qui attire de la matière, mais nous constatons qu’il en absorbe beaucoup moins que d’autres trous noirs supermassifs, et que le processus est plus lent », indique Nicole Ford, auteure principale de l’étude et doctorante au sein du groupe de recherche de la professeure Daryl Haggard, au Département de physique. « Pour comprendre ce phénomène, nous devons notamment examiner les propriétés de la matière à sa portée, et qu’il peut donc absorber : le gaz, la poussière et les étoiles dans son orbite. » 

Le rôle du télescope James  Webb

L’étude a été réalisée à partir de données recueillies par le télescope spatial James  Webb. Lancé il y a cinq ans, le télescope capte la lumière infrarouge sur une large plage de longueurs d’onde à une résolution spectrale et spatiale sans précédent. Cette capacité a permis à l’équipe de distinguer les signatures thermiques de plusieurs nuages de gaz gravitant près du trou noir et de mesurer avec précision la composition en métaux de chacun d’eux.

Ces résultats viennent compléter une récente étude dirigée par Mayura Balakrishnan, boursière postdoctorale Banting, qui visait à déterminer si le gaz conservait des traces de sursauts d’énergie du trou noir. L’étude a révélé que l’émission du gaz était fortement influencée par les conditions environnantes, si bien qu’il est difficile d’évaluer isolément l’influence du trou noir. Ces résultats n’excluent pas l’existence de sursauts passés, mais montrent que le gaz environnant ne permet pas de reconstituer de manière fiable l’historique de l’activité du trou noir. 

Selon Nicole  Ford, pour comprendre comment le trou noir attire la matière, il faudra comparer ces observations à des simulations de l’évolution du gaz sur de plus longues périodes. 

Les études 

L’article «  Ionization Structure and Metal Enrichment of the Galactic Center Minispiral Observed with JWST  », par Nicole  M.  Ford, Mayura  Balakrishnan, Sebastiano  D.  von  Fellenberg, Daryl  Haggard, Joseph M. Michail, Yuzhu Cui, Joseph L. Hora, Joey Neilsen, Giacomo  Principe, Tamojeet Roychowdhury, Nadeen B. Sabha, Howard A. Smith, Zach Sumners et S. P. Willner, a été publié dans The Astronomical Journal. 

L’article « Infrared Line Diagnostics Fail to Constrain Sgr A*’s UV Output », par Mayura  Balakrishnan, Sebastiano  D.  von  Fellenberg, Daryl  Haggard, Joseph  M.  Michail, Nicole  M.  Ford, Joseph  L.  Hora, Laurent  Loinard, Sera  Markoff, Joey  Neilsen, Giacomo  Principe, Nadeen  B.  Sabha, Howard  A.  Smith, Zach  Sumners et Shuo  Zhang, a été publié dans The Astrophysical Journal. 

Les deux études ont été financées par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, l’Agence spatiale canadienne, le Programme des chaires de recherche du Canada, le Fonds de recherche du Québec –  Nature et technologies, le Centre de recherche en astrophysique du Québec, l’Institut spatial Trottier  de  McGill et l’Institut international des sciences spatiales.