Un vent de quasar file à 30 % de la vitesse de la lumière

Des astrophysiciens de l’Université York ont détecté le vent le plus rapide jamais observé en ultraviolet à proximité d’un trou noir supermassif. Le gaz s’échappe du quasar J2318, situé dans la constellation de Pégase, à 30 % de la vitesse de la lumière. Les résultats, publiés le 4 juin dans The Astrophysical Journal, pourraient aider à mieux comprendre comment les trous noirs influencent la formation et l’évolution des galaxies.

Du gaz file à près de 100 000 kilomètres par seconde aux abords d’un trou noir. Une vitesse qui écrase tous les repères et pulvérise les précédents relevés en ultraviolet. Des astrophysiciens de l’Université York viennent de mettre au jour le vent le plus rapide jamais détecté dans le domaine ultraviolet, au voisinage d’un trou noir supermassif logé au cœur du quasar J2318.

Situé dans la constellation de Pégase, le quasar abrite un monstre cosmique de 1,7 milliard de masses solaires. L’objet en lui-même n’a rien d’exceptionnel, mais le comportement de la matière environnante, lui, interpelle. « C’est tout à fait ordinaire. Ce qui l’est moins, c’est que ce quasar présente du gaz se déplaçant vers nous à 30 % de la vitesse de la lumière », explique Patrick Hall, professeur à l’Université York et co-auteur de l’étude parue le 4 juin dans The Astrophysical Journal.

Lucas Seaton, doctorant à York et auteur principal, propose une analogie saisissante pour appréhender pareille vélocité : « En termes de vitesse, le vent de ce quasar pourrait être qualifié d’ouragan de catégorie 79. Chaque catégorie d’ouragan est environ 20 % plus rapide que la catégorie inférieure. » L’échelle de Saffir-Simpson, qui culmine à la catégorie 5 pour les phénomènes terrestres, se trouve ici reléguée à une dimension presque anecdotique.

Un record dans l’ultraviolet

Des vents plus rapides ont déjà été détectés dans les longueurs d’onde des rayons X. J2318 reste toutefois le détenteur du record pour les observations ultraviolettes, une fenêtre spectrale précieuse pour étudier la composition chimique et la dynamique des gaz à proximité des trous noirs. La détection repose sur les données de deux phases du Sloan Digital Sky Survey : le SDSS-IV Time-Domain Spectroscopic Survey et le SDSS-V Black Hole Mapper.

En 2023, Marianna Veltri, étudiante en licence à York, a été la première à identifier le quasar comme candidat d’intérêt. Des observations complémentaires menées avec le télescope Gemini Nord, perché sur le Mauna Kea à Hawaï, ont ensuite confirmé la vitesse record.

Façonner les galaxies

Au-delà du record de vitesse, la découverte éclaire un pan encore mal compris de l’astrophysique : l’influence des noyaux galactiques actifs sur leur environnement. Les flux sortants extrêmes, comme celui observé dans J2318, transportent des quantités d’énergie colossales, capables de remodeler la galaxie hôte en balayant le gaz interstellaire et en régulant la formation d’étoiles. Les chercheurs décrivent ces mécanismes comme un chaînon manquant entre les noyaux galactiques actifs et le milieu intergalactique.

« Ces flux sortants extrêmes transportent des quantités d’énergie incroyables qui peuvent affecter les galaxies environnantes », souligne Paola Rodríguez Hidalgo, co-autrice rattachée à l’Université de Washington Bothell. « Bien que ce processus soit intégré dans les simulations de formation des galaxies depuis des décennies, il reste encore beaucoup à faire pour le comprendre à partir des observations et s’assurer que les simulations le traitent correctement. »

Intégrés aux simulations numériques depuis plusieurs décennies, les processus de rétroaction demeurent difficiles à contraindre par l’observation directe. Chaque nouvelle mesure, à l’image de celle obtenue pour J2318, contribue à affiner les modèles théoriques et à réduire les incertitudes qui pèsent sur les scénarios d’évolution galactique.

L’énigme de l’accélération

Le mécanisme qui propulse la matière à des vitesses aussi extrêmes demeure partiellement inexpliqué. Le scénario classique veut que les photons émis par le disque d’accrétion du quasar rebondissent sur les atomes du gaz environnant, leur transférant une impulsion progressive. Problème. Aux vitesses relevées, les photons eux-mêmes devraient arracher les électrons des atomes, rendant le gaz indétectable dans les longueurs d’onde où l’équipe l’a pourtant repéré.

« Comment propulser le gaz aux vitesses que nous observons tout en préservant l’intégrité des ions de carbone et de silicium que nous détectons… c’est une véritable énigme », résume Lucas Seaton. La présence persistante des ions lourds dans le flux sortant contredit les prédictions théoriques les plus établies et suggère l’existence de processus d’accélération encore non identifiés.

L’équipe poursuit désormais la traque de vents ultraviolets encore plus extrêmes à travers l’univers observable. L’objectif est de cartographier la diversité des phénomènes et mieux cerner leur fréquence statistique. Chaque nouveau spécimen apporte une pièce supplémentaire au puzzle de l’évolution galactique, dont les trous noirs supermassifs semblent être des acteurs bien plus influents qu’on ne l’imaginait voici quelques décennies.

Article : « A New Member of the Fast and Furious Family: A Relativistic and Time-variable UV Outflow in a Luminous Quasar » – DOI : 10.3847/1538-4357/ae5f94

Source : York U.