galaxie active

Un petit monstre se cache dans une galaxie naine, et c'est son voisin qui le nourrit. La galaxie satellite fusionne lentement avec une voisine massive, et le gaz des régions externes tombe vers le centre, où se trouve un trou noir.

Au centre de presque chaque grande galaxie se trouve un trou noir supermassif. Il ne se contente pas de dévorer le gaz qui tombe, il en rejette une partie sous forme de puissants jets. Ces jets, tels des pistons géants, poussent le gaz environnant et le chauffent.

Dans les noyaux actifs de galaxies, les trous noirs supermassifs sont entourés d'un anneau dense de poussière qui agit comme un rideau : il masque tout ce qui se passe au centre. Si une étoile s'approche trop près du trou noir, les forces de marée la déchirent, et l'éruption qui en résulte est généralement visible en optique et en rayons X.

Au centre d'une galaxie, là où un trou noir supermassif enroule autour de lui un disque de gaz incandescent, naissent parfois des étoiles géantes. Elles ne ressemblent pas aux étoiles ordinaires : le disque les nourrit continuellement de matière, et l'étoile peut atteindre des centaines de masses solaires, restant brillante tant que le flux de gaz ne tarit pas.

Un trou noir de 35 000 masses solaires navigue à travers le gaz de la galaxie comme une péniche dans le brouillard. Sa gravité ratisse la matière devant lui, et derrière se forme une traînée dense — un sillage de gaz. Une partie de ce gaz est happée par le trou noir, qui grossit.

Dans un concert, au milieu d'une foule compacte, chaque pas est difficile — plus on est serré, moins on a envie de bouger. C'est ainsi que se comporte généralement la matière active : les essaims de bactéries ou les groupes de robots se figent dans la promiscuité. Mais une équipe de chercheurs a découvert un effet inverse.

Dans la lointaine galaxie du Cigare, il existe un phare singulier. Il n'émet pas de lumière au sens habituel – ses rayons naissent dans un nuage surchauffé autour d'un trou noir qui dévore la matière d'une étoile voisine. De tels objets sont appelés sources de rayons X ultralumineuses. Leur éclat en rayons X est si intense qu'il éclipse des galaxies entières.

Une usine capable de produire un million de pièces par heure n'en fabrique pourtant qu'une centaine. C'est à peu près ce que fait notre Univers, si on le regarde à travers le prisme de l'entropie — cette mesure du désordre qui, selon les lois de la physique, ne peut qu'augmenter. Les principales « machines » de cette usine sont les trous noirs supermassifs.

Un marathon de 13 milliards d'années a commencé avec des poids différents. Cent masses solaires, c'est plus léger qu'un nuage de gaz. Cent mille, c'est la domination gravitationnelle, comparable à un éléphant parmi des chatons. C'est ainsi que se présentaient les graines de trous noirs qui, à notre époque, devaient se transformer en géants supermassifs.

Un disque de gaz pesant quatre cent mille soleils ceint le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Son attraction agit comme un gouvernail gravitationnel : elle fait lentement mais inexorablement pivoter les orbites des étoiles binaires, les poussant vers une région où les forces de marée déchirent la paire.

Le vent le plus rapide de l'Univers file à 0,58 fois la vitesse de la lumière. Il parcourt la distance Terre-Lune en deux secondes. Ce vent n'est pas un jet, mais un large flux de gaz jaillissant du centre de la galaxie.

Huit cents millions d'années après le Big Bang — et au cœur d'une jeune galaxie bat déjà un moteur monstrueux. Un trou noir d'une masse de dix milliards de soleils dévore la matière si avidement que son rayonnement devrait éclipser tout alentour. Mais dehors, silence.

Le spectacle cosmique se déroule sur la scène de la galaxie Centaurus A. Dans le rôle principal, un trou noir supermassif avec un jet puissant qui transperce l'espace sur des centaines de milliers d'années-lumière.

La main invisible de la matière noire étreint les galaxies dans les bras de la gravité, mais sa nature nous échappe depuis près d'un siècle.

Au centre de la Voie lactée, là où règne sans partage le trou noir supermassif Sagittaire A* (dont la métrique fut obtenue pour la première fois par Karl Schwarzschild), l'étoile S4714 effectue un voyage vertigineux.

Un trou noir n'est pas qu'un simple aspirateur. Il émet une faible lueur en libérant des particules — une idée proposée par Jacob Bekenstein, qui a relié la température du trou à son degré de désordre. Détecter un tel rayonnement dans l'espace est incroyablement difficile.

En 1933, Fritz Zwicky évoquait pour la première fois une masse invisible maintenant les amas de galaxies. Des décennies plus tard, Vera Rubin dressait la carte de la rotation galactique, révélant la présence fantomatique de la matière noire.

Dans la nuit infinie du cosmos, les galaxies se rapprochent dans une lente danse gravitationnelle pour ne faire qu'une. Ces collisions ne sont pas des chocs frontaux, mais plutôt le mouvement lent des doigts dans l'eau, laissant derrière eux des tourbillons et des traînées.

Le cœur de nombreuses galaxies abrite un trou noir supermassif. Il ne reste pas simplement assis au centre : il s'embrase parfois violemment en avalant le gaz environnant.

Les écoulements massifs de gaz issus des noyaux actifs de galaxie sont un régulateur clé de l'évolution galactique. Ils balayent le milieu interstellaire, étouffent la formation stellaire et dictent la croissance des trous noirs supermassifs.

Une immense ville allume chaque nuit de nouveaux réverbères. Mais un jour, un ouragan s'abat, arrache tout le carburant des entrepôts, et les réverbères s'éteignent un à un. C'est un peu ce que des astronomes ont observé dans une galaxie dont la lumière nous est parvenue après 12,5 milliards d'années.

Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont comme d'immenses banians : leurs racines aériennes, des filaments, s'étendent sur des kiloparsecs pour puiser la matière nutritive.

La ville est endormie depuis longtemps : pas une fenêtre éclairée, pas une nouvelle maison. Seul au centre, dans un unique bâtiment, quelqu'un a oublié d'éteindre un projecteur. C'est ainsi qu'apparaît une galaxie où les étoiles ne naissent plus, tandis que son trou noir central brille encore.

Un aspirateur puissant aspire non seulement la poussière, mais aussi son propre sac à poussière. C'est à peu près ce que fait un trou noir au centre d'un « point rouge » — une galaxie lointaine où la lueur ne provient pas du trou lui-même, mais de son épaisse couche de gaz. Cette couche est si épaisse qu'elle ressemble à une étoile froide gonflée.

Au cœur même de la Voie lactée, quelque chose brille — mais pas d'une lumière stellaire, plutôt de rayons gamma invisibles à l'œil.

Un feu allumé avec de l'alcool pur brûle fort et ne dégage presque pas de fumée. C'est à peu près ainsi que brillaient les premières étoiles — elles ne contenaient pas d'éléments lourds, seulement de l'hydrogène et de l'hélium laissés par le Big Bang.

Au centre de la Voie lactée se trouve le trou noir supermassif Sagittarius A*. Il est quatre millions de fois plus massif que le Soleil, mais à l'échelle cosmique, il se comporte calmement : il ne s'illumine que rarement, lorsqu'il avale une portion de gaz.

Une fontaine jaillit du centre de la ville à une vitesse des milliers de fois supérieure à celle d'un vélo de coursier. Cette « fontaine » — un flux de gaz accéléré à 5500 kilomètres par seconde — a été observée par les astronomes dans la galaxie GLIMPSED-329380.

Les minuscules trous noirs nés juste après la naissance de l'Univers devraient s'évaporer, cédant leur masse sous forme de particules invisibles. C'est ce qu'a prédit Stephen Hawking, et cette « évaporation de Hawking » contribuait à l'expansion du jeune monde.

La matière noire est cette substance invisible qui empêche les galaxies de s'éparpiller. Si ses particules se désintègrent parfois près du Soleil, elles éjectent des flux de particules rapides – comme des marteaux invisibles qui frappent la lumière.

Grâce au télescope infrarouge James Webb et au vieux Hubble, des astronomes ont repéré au centre d'une galaxie de l'amas Abell 402 un vide béant, comme si un tracteur invisible avait arraché des milliards d'étoiles.

Deux trous noirs non rotatifs qui fusionnent produisent des ondes gravitationnelles — des ondulations dans la trame de l'espace-temps que captent des instruments développés avec la participation de Kip Thorne.

La pâte monte plus vite si elle contient déjà de la levure. De la même manière, les galaxies ont peut-être pu se former plus rapidement si des trous noirs s'y trouvaient déjà.

Au cœur de la constellation d'Ophiuchus se trouve la galaxie NGC 6447. Jusqu'à récemment, elle était calme et discrète, comme une maison aux fenêtres éteintes. Mais au cours des 14 dernières années, quelque chose s'est allumé en son centre — et cela est désormais visible en infrarouge.

Une galaxie n'est pas qu'un simple semis d'étoiles. Au centre de beaucoup d'entre elles brûle quelque chose de plus brillant que des milliards de soleils : un gaz surchauffé qui tombe dans un trou noir.

En 2008, une nuit, quelque chose a brusquement flamboyé en rayons X au cœur de la lointaine galaxie J1047+5907. C'est parfois ce qui se passe autour d'un trou noir supermassif : un nuage de gaz surchauffé au-dessus de lui émet soudain un puissant flux de lumière. Le trou noir lui-même n'émet rien, mais son environnement peut s'illuminer comme une enseigne au néon.

Le ciel nocturne est plein de balises, mais certaines brillent d'une manière si particulière qu'on les remarque à peine. Les astronomes ont découvert une nouvelle classe d'objets : les sources de rayons X hypermolles.

Un quasar est un trou noir supermassif au centre d'une galaxie, qui dévore la matière et brille plus intensément que toutes les étoiles environnantes. Une partie de l'énergie est émise sous forme de rayonnement radio, et l'on pensait que celui-ci pouvait chauffer ou éjecter le gaz froid — la matière première des nouvelles étoiles.

Au centre de la galaxie VV 340a se trouve un trou noir supermassif — un objet dont la gravité est si puissante que même la lumière ne peut s'en échapper. Il émet un jet relativiste — un flux étroit de matière accélérée à des vitesses proches de celle de la lumière.

Il y a vingt ans, l'image X de l'amas de l'Arche ressemblait à la photo d'une personne dans un épais brouillard : l'amas lui-même se noyait dans les reflets du nuage voisin. Le nuage, tel un miroir, réfléchissait le rayonnement dur des environs du trou noir, et cette réflexion noyait le faible signal des étoiles.