Nouvelle méthode pour étudier les sorties des centres galactiques en préparation d’Athéna

Contrairement à notre Voie lactée, certaines galaxies ont un trou noir actif en leur centre provoquant de puissantes sorties de gaz. Mais nous savons très peu de choses sur leur impact et leur origine. La future mission à rayons X Athena de l’ESA va changer cela. En préparation du lancement dans les années 2030, les astronomes du SRON et de l’UvA ont maintenant développé une nouvelle méthode pour utiliser Athena afin d’étudier ces écoulements.

Les images astronomiques sont souvent pleines d’étoiles de la Voie lactée, mais certaines d’entre elles sont des imposteurs. Au lieu de simples étoiles, certains points sont en fait des centres de galaxies entières. Ils sont si loin qu’ils apparaissent comme un point faible et se confondent avec les étoiles. Cette astuce a trompé les astronomes pendant des décennies, jusqu’aux années 1950, c’est pourquoi nous les appelons objets quasi-stellaires, ou quasars en abrégé. Les astronomes ont découvert que le spectre de certains points était fortement décalé vers le rouge, indiquant une grande distance à laquelle une étoile serait invisible de la Terre.

Finalement, les astronomes ont réalisé que la lumière des quasars devait provenir des centres des galaxies – appelés noyaux galactiques actifs (AGN) – probablement alimentés par un trou noir supermassif. Les modèles cosmologiques prédisent que ces AGN sont les centrales électriques modifiant l’évolution des galaxies, en attirant et en éjectant des quantités massives de matière de leur voisinage.

Elisa Costantini et son équipe du SRON Netherlands Institute for Space Research, dont Anna Juranova, et en collaboration avec Phil Uttley de l’Université d’Amsterdam, étudient ces flux sortants d’AGN à l’aide de télescopes spatiaux à rayons X. En préparation du lancement de la nouvelle mission à rayons X Athena de l’ESA – qui sera lancée au début des années 2030 et avec une contribution substantielle du SRON – l’équipe a développé une nouvelle méthode pour étudier les flux sortants d’AGN. La luminosité AGN peut être très variable dans le temps, en particulier dans les rayons X. Les chercheurs utiliseront les spectres de rayons X d’Athena pour voir comment les flux réagissent à ces variations de luminosité.

“En fin de compte, nous voulons comprendre ce qui motive les flux sortants et quel impact ils ont sur leur galaxie hôte”, explique Juranova, qui a dirigé les travaux. “Pour cela, nous devons connaître la densité et l’emplacement de l’écoulement. Et savoir que nous avons besoin d’informations sur l’échelle de temps à laquelle la lumière de l’AGN ionise le gaz sortant. Grâce à nos simulations, nous avons trouvé un moyen de mesurer “Cette réponse de gaz dans les sorties avec des propriétés différentes. Lorsque nous obtenons les données réelles d’Athena, nous les comparons à nos modèles et déterminons lequel correspond le mieux aux observations.”

Pour identifier les sorties par leur comportement, l’équipe de recherche utilise l’analyse de fréquence. Juranova dit que “vous pouvez la comparer à la température aux Pays-Bas. Elle monte et descend dans un cycle quotidien, mais aussi dans un cycle annuel. Avec l’analyse que nous utilisons, vous pouvez facilement démêler les différents types de changements, car ils se produisent à des fréquences distinctes correspondant à ces deux cycles. Et cela est très utile car nous pouvons ensuite étudier ces processus individuellement. De même, la lumière de l’AGN change dans le temps en raison de processus qui se produisent à différentes échelles de temps, des heures aux années, etc. l’approche fréquentielle nous aide à comprendre ce qui s’y passe.”