Après avoir démarré ses opérations scientifiques en février, la mission XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy) dirigée par le Japon a étudié le trou noir monstre au centre de la galaxie NGC 4151.
« L’instrument Resolve de XRISM a capturé un spectre détaillé de la zone autour du trou noir », a déclaré Brian Williams, scientifique du projet de la NASA pour la mission au Goddard Space Flight Center de l’agence à Greenbelt, dans le Maryland. « Les pics et les creux sont comme des empreintes chimiques qui peuvent nous indiquer quels éléments sont présents et révéler des indices sur le sort de la matière à l’approche du trou noir. »
XRISM (prononcer « crism ») est dirigé par la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) en collaboration avec la NASA, avec les contributions de l’ESA (Agence spatiale européenne). Il a été lancé le 6 septembre 2023. La NASA et la JAXA ont développé Resolve, le spectromètre microcalorimétrique de la mission.
NGC 4151 est une galaxie spirale située à environ 43 millions d’années-lumière dans la constellation nord de Canes Venatici. Le trou noir supermassif en son centre contient plus de 20 millions de fois la masse du soleil.
La galaxie est également active, ce qui signifie que son centre est inhabituellement brillant et variable. Le gaz et la poussière tourbillonnant vers le trou noir forment un disque d’accrétion autour de lui et se réchauffent sous l’effet des forces gravitationnelles et de friction, créant ainsi une variabilité. Une partie de la matière au bord du trou noir forme des jets jumeaux de particules qui jaillissent de chaque côté du disque à une vitesse proche de celle de la lumière. Un nuage de matière gonflé en forme de beignet appelé tore entoure le disque d’accrétion.
En fait, NGC 4151 est l’une des galaxies actives connues les plus proches. D’autres missions, notamment l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA et le télescope spatial Hubble, l’ont étudié pour en savoir plus sur l’interaction entre les trous noirs et leur environnement, ce qui peut expliquer aux scientifiques comment les trous noirs supermassifs dans les centres galactiques se développent au fil du temps cosmique.
La galaxie est inhabituellement brillante en rayons X, ce qui en a fait une première cible idéale pour XRISM.
Le spectre de NGC 4151 de Resolve révèle un pic net à des énergies juste en dessous de 6,5 keV (kiloélectron-volts), une raie d’émission du fer. Les astronomes pensent qu’une grande partie de la puissance des galaxies actives provient des rayons X provenant des régions chaudes et flamboyantes proches du trou noir. Les rayons X rebondissant sur le gaz plus froid dans le disque provoquent la fluorescence du fer, produisant un pic de rayons X spécifique. Cela permet aux astronomes de brosser un meilleur tableau du disque et des régions en éruption beaucoup plus proches du trou noir.
Le spectre présente également plusieurs baisses autour de 7 keV. Le fer situé dans le tore a également provoqué ces baisses, bien que par absorption de rayons X plutôt que par émission, car le matériau y est beaucoup plus froid que dans le disque. Tout ce rayonnement est environ 2 500 fois plus énergétique que la lumière que nous pouvons voir avec nos yeux.
Le fer n’est qu’un élément que XRISM peut détecter. Le télescope peut également détecter le soufre, le calcium, l’argon et autres, selon la source. Chacun raconte aux astrophysiciens quelque chose de différent sur les phénomènes cosmiques dispersés dans le ciel radiologique.
XRISM est une mission collaborative entre la JAXA et la NASA, avec la participation de l’ESA. La contribution de la NASA comprend la participation scientifique de l’ASC (Agence spatiale canadienne).