Porphyrión, le trou noir qui crache les plus gros jets de l’univers, a été découvert | Science

“Les dimensions sont gigantesques”, résume avec étonnement Gabriela Calistro Rivera, une astronome péruvienne de 34 ans qui travaille actuellement à l’Agence spatiale allemande. Avec des collègues d’Europe et des États-Unis, Calistro annonce aujourd’hui la découverte des plus gros jets jamais observés dans l’univers. Ils sont produits par Porphyrion, un trou noir supermassif jusqu’alors inconnu qui crache deux faisceaux dans des directions opposées, qui s’étendent ensemble sur 23 millions d’années-lumière. C’est une distance impensable jusqu’à présent qui équivaudrait à aligner 140 galaxies comme la Voie Lactée, les unes après les autres.

Porphyrion doit son nom au plus grand géant de la mythologie grecque. Il s’agit d’un trou noir supermassif du type de celui qui existe au centre de toutes les galaxies, y compris la nôtre. Il est apparu il y a environ 6,3 milliards d’années, alors que l’univers avait à peine la moitié de son âge actuel. L’énergie contenue dans les deux jets de Porphyrion est équivalente à ce que produiraient des milliards d’étoiles comme le Soleil, ou à la collision de deux amas de galaxies. La découverte – un « record », comme le souligne Calistro – est publiée ce mercredi dans Natureune référence pour la meilleure science mondiale.

Les émanations du Porphyrion sont appelées jets relativistes, car les particules qu’il contient – électrons, protons, atomes lourds – atteignent la vitesse de la lumière, limite maximale de vitesse dans l’univers, selon la théorie de la relativité formulée il y a plus de 30 ans par Albert Einstein. un siècle. Les lois de la physique stipulent que rien ne peut échapper à un trou noir. Ce qui y tombe n’en ressort jamais. Des jets relativistes sont produits juste avant ce moment en raison de l’énorme friction de toute la matière en rotation. Une partie est projetée avec une énorme énergie propulsée dans deux faisceaux étroits. C’est le rayonnement le plus puissant de l’univers.

L’équipe a utilisé le LOFAR, un radiotélescope basse fréquence basé aux Pays-Bas, mais dont les énormes antennes sont réparties dans plusieurs pays européens. L’observatoire capte les ondes radio basse fréquence, le type de signaux qui peuvent arriver de Porphyrión compte tenu de son éloignement et de son âge. Jusqu’à présent, on pensait qu’il existait relativement peu de trous noirs dotés de grands jets : seuls quelques centaines avaient été observés. Mais grâce au télescope européen, l’équipe en a déjà trouvé 11 000.

Le plus grand système à réaction confirmé jusqu’à présent est Alcyoneus, également du nom d’un géant de la mythologie grecque, découvert en 2022 par cette même équipe et qui englobe environ 100 voies lactées. En comparaison, les jets de Centaurus A, le système le plus proche de la Terre, sont dix fois plus petits.

Porphyrión n’est un géant qu’en apparence. Dans sa galaxie, c’est comme une pièce de monnaie qui se trouverait au centre de la Terre, explique Calistro. “Il est incroyable que ce petit trou noir, même s’il est très massif, puisse avoir une influence sur toute cette galaxie.” Mais « le plus fou », prévient-il, c’est que les jets de Porphyrion vont des centaines de fois plus loin, et influencent la composition de l’univers aux plus grandes échelles connues. Les modèles théoriques qui tentent d’expliquer la physique de ces jets n’ont jamais prédit des faisceaux aussi énormes, reconnaît l’astronome : « C’est quelque chose qui n’a jamais été vu auparavant. »

Cette découverte nous oblige à repenser le rôle des trous noirs dans l’évolution de l’univers. Ils ne seraient plus seulement de redoutables monstres de destruction, mais des jardiniers qui dominent la croissance et l’évolution des galaxies qui poussent autour d’eux. Actuellement, les détails de la façon dont ce phénomène se produit constituent l’un des domaines de recherche les plus actifs. L’une des explications possibles est que les jets relativistes augmentent la température de l’environnement galactique, ce qui empêche le gaz de s’effondrer pour former de nouvelles étoiles, explique Calistro.

Le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, Sagittarius A*, est en sommeil. Mais il est possible que, dans le passé, il ait également craché de puissants jets relativistes. C’est ce que suggèrent deux énormes bulles observées au-dessus et au-dessous de la galaxie, si grosses qu’il faudrait 50 000 ans pour les traverser à la vitesse de la lumière.

Les astronomes ont également utilisé d’autres télescopes en Inde et aux États-Unis pour déterminer que la galaxie dans laquelle réside Porphyrion est environ 10 fois plus massive que la Voie lactée. En raison de l’expansion constante de l’univers, dont la cause est l’un des phénomènes les plus méconnus du cosmos, il se situe désormais à 7,5 milliards d’années-lumière.

Le télescope LOFAR n’a couvert que 15 % de la totalité du ciel, ne découvrant peut-être que « la pointe de l’iceberg », explique-t-il dans une note. Martin Ohastronome au California Institute of Technology (États-Unis) et premier auteur de l’étude.

Il est possible qu’il existe de nombreux autres objets similaires apparus au début de l’univers, ce qui contredit les théories actuelles. « Jusqu’à présent, ces systèmes à réaction géants semblaient être un phénomène de l’univers récent. Si des jets lointains comme ceux-ci peuvent atteindre l’échelle de la toile cosmique, alors il est possible que toutes les régions de l’univers aient été affectées par l’activité des trous noirs à un moment donné du temps cosmique », détaille Oei.

Le chercheur souhaite continuer à étudier l’effet de ces mégastructures au niveau cosmologique, notamment celui des champs magnétiques. « Sur notre planète, le magnétisme permet à la vie de prospérer, nous voulons donc comprendre comment il est apparu », explique-t-il. “Nous savons que le magnétisme imprègne la toile cosmique, puis atteint les galaxies et les étoiles, et finalement les planètes, mais la question est : où commence-t-il ? Ces jets géants ont-ils dispersé le magnétisme dans tout le cosmos ?”

Antxón Alberdi, directeur de l’Institut d’Astrophysique d’Andalousie, qui n’a pas participé à l’étude, souligne son importance, car elle détaille comment les trous noirs peuvent influencer l’évolution du cosmos à des échelles de temps et d’espace que les modèles actuels ne reproduisent pas bien. . On pense qu’à l’origine l’univers était constitué de filaments qui reliaient les différentes galaxies. Au fil du temps et de l’expansion du cosmos, ces filaments se sont éloignés, formant un immense échafaudage connu sous le nom de toile cosmique. Les travaux montrent que Porphyrión et sa galaxie “ne sont pas apparus dans un espace vide, comme d’habitude, mais dans l’un des filaments, ce qui implique que ses champs magnétiques et ses particules peuvent avoir connecté les galaxies entre elles” et influencé leur évolution, souligne-t-il.