En s’appuyant sur le Centre de simulation climatique de la NASA (NCCS), les scientifiques du Centre de vol spatial Goddard de la NASA ont exécuté 100 simulations explorant des jets – des faisceaux étroits de particules énergétiques – qui émergent à une vitesse proche de la lumière des trous noirs supermassifs. Ces mastodontes se trouvent au centre de galaxies actives en formation d’étoiles comme notre propre galaxie, la Voie lactée, et peuvent peser des millions à des milliards de fois la masse du soleil.
Au fur et à mesure que les jets et les vents s’échappent de ces noyaux galactiques actifs (AGN), ils « régulent le gaz au centre de la galaxie et affectent des choses comme le taux de formation d’étoiles et la façon dont le gaz se mélange avec l’environnement galactique environnant », a expliqué le responsable de l’étude. Ryan Tanner, post-doctorant au laboratoire d’astrophysique à rayons X de la NASA Goddard.
« Pour nos simulations, nous nous sommes concentrés sur les jets moins étudiés et à faible luminosité et sur la façon dont ils déterminent l’évolution de leurs galaxies hôtes. » dit Taner. Il a collaboré avec l’astrophysicienne du laboratoire d’astrophysique des rayons X Kimberly Weaver sur l’étude informatique, qui apparaît dans Le Journal Astronomique.
De nouvelles simulations effectuées sur le supercalculateur Discover du Centre de simulation climatique (NCCS) de la NASA montrent comment les jets plus faibles et à faible luminosité produits par le trou noir monstre d’une galaxie interagissent avec leur environnement galactique. Comme ces jets sont plus difficiles à détecter, les simulations aident les astronomes à relier ces interactions à des caractéristiques qu’ils peuvent observer, telles que divers mouvements de gaz et émissions optiques et de rayons X. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA.
Les preuves d’observation des jets et d’autres flux AGN sont d’abord venues des radiotélescopes et plus tard des télescopes à rayons X de la NASA et de l’Agence spatiale européenne. Au cours des 30 à 40 dernières années, des astronomes, dont Weaver, ont reconstitué une explication de leur origine en reliant les observations optiques, radio, ultraviolettes et de rayons X (voir l’image suivante ci-dessous).
« Les jets à haute luminosité sont plus faciles à trouver car ils créent des structures massives qui peuvent être vues dans les observations radio », a expliqué Tanner. « Les jets à faible luminosité sont difficiles à étudier par observation, de sorte que la communauté astronomique ne les comprend pas aussi bien. »
Entrez dans les simulations compatibles avec les superordinateurs de la NASA. Pour des conditions de départ réalistes, Tanner et Weaver ont utilisé la masse totale d’une galaxie hypothétique de la taille de la Voie lactée. Pour la distribution de gaz et d’autres propriétés AGN, ils se sont tournés vers des galaxies spirales telles que NGC 1386, NGC 3079 et NGC 4945.
Tanner a modifié le code d’hydrodynamique astrophysique Athena pour explorer les impacts des jets et du gaz les uns sur les autres sur 26 000 années-lumière d’espace, soit environ la moitié du rayon de la Voie lactée. Sur l’ensemble complet de 100 simulations, l’équipe en a sélectionné 19, qui ont consommé 800 000 heures de base sur le supercalculateur NCCS Discover, pour publication.
« Pouvoir utiliser les ressources de supercalcul de la NASA nous a permis d’explorer un espace de paramètres beaucoup plus large que si nous devions utiliser des ressources plus modestes », a déclaré Tanner. « Cela a conduit à découvrir des relations importantes que nous ne pouvions pas découvrir avec une portée plus limitée. »
Cette visualisation montre la structure complexe du jet d’une galaxie active (orange et violet) perturbée par des nuages moléculaires interstellaires (bleu et vert). Avec le jet orienté à 30 degrés vers le plan central de la galaxie, une interaction plus étendue avec les étoiles et les nuages de gaz de la galaxie a provoqué la scission du jet en deux. Crédit : Ryan Tanner et Kim Weaver, NASA Goddard.
Les simulations ont révélé deux propriétés majeures des jets à faible luminosité :
« Nous avons démontré la méthode par laquelle l’AGN impacte sa galaxie et crée les caractéristiques physiques, telles que les chocs dans le milieu interstellaire, que nous observons depuis environ 30 ans », a déclaré Weaver. « Ces résultats se comparent bien aux observations optiques et aux rayons X. J’ai été surpris de voir à quel point la théorie correspond aux observations et répond aux questions de longue date que j’ai sur l’AGN que j’ai étudiées en tant qu’étudiant diplômé, comme NGC 1386 ! échantillons. »
Plus d’information:
Ryan Tanner et al, Simulations de la morphologie et du contenu de l’écoulement galactique piloté par l’AGN, Le Journal Astronomique (2022). DOI : 10.3847/1538-3881/ac4d23