Les chercheurs n’ont découvert que relativement récemment que les jets de trous noirs émettent des rayons X, et la façon dont les jets accélèrent les particules jusqu’à cet état de haute énergie reste un mystère. De nouvelles découvertes surprenantes dans Astronomie naturelle semblent exclure une théorie de premier plan, ouvrant la porte à la réinvention du fonctionnement de l’accélération des particules dans les jets – et peut-être aussi ailleurs dans l’univers.
Un modèle phare de la façon dont les jets génèrent des rayons X s’attend à ce que les émissions de rayons X des jets restent stables sur de longues échelles de temps (des millions d’années). Cependant, le nouvel article a révélé que les émissions de rayons X d’un nombre statistiquement significatif de jets variaient sur quelques années seulement.
« L’une des raisons pour lesquelles nous sommes enthousiasmés par la variabilité est qu’il existe deux principaux modèles de production de rayons X dans ces jets, et ils sont complètement différents », explique l’auteur principal Eileen Meyer, astronome à l’Université du Maryland. , comté de Baltimore. « Un modèle invoque des électrons à très basse énergie et un autre à des électrons à très haute énergie. Et l’un de ces modèles est totalement incompatible avec tout type de variabilité. »
Pour l’étude, les auteurs ont analysé les données d’archives de l’observatoire à rayons X de Chandra, l’observatoire à rayons X à la plus haute résolution disponible. L’équipe de recherche a examiné presque tous les jets de trous noirs pour lesquels Chandra avait de multiples observations, ce qui représentait 155 régions uniques dans 53 jets.
Découvrir une variabilité relativement fréquente sur des échelles de temps aussi courtes « est révolutionnaire dans le contexte de ces jets, car cela n’était pas du tout prévu », déclare Meyer.
Repenser l’accélération des particules
En plus de supposer la stabilité des émissions de rayons X au fil du temps, la théorie la plus simple sur la façon dont les jets génèrent des rayons X suppose que l’accélération des particules se produit au centre de la galaxie dans le « moteur » du trou noir qui entraîne le jet. Cependant, la nouvelle étude a révélé des changements rapides dans les émissions de rayons X sur toute la longueur des jets. Cela suggère que l’accélération des particules se produit tout au long du jet, à de grandes distances de l’origine du jet au niveau du trou noir.
« Il existe des théories sur la façon dont cela pourrait fonctionner, mais une grande partie de ce avec quoi nous avons travaillé est maintenant clairement incompatible avec nos observations », a déclaré Meyer.
Fait intéressant, les résultats ont également laissé entendre que les jets plus proches de la Terre avaient plus de variabilité que ceux beaucoup plus éloignés. Ces derniers sont si éloignés qu’au moment où la lumière qui en provient atteint le télescope, c’est comme remonter dans le temps. Il est logique pour Meyer que les jets plus anciens aient moins de variabilité. Plus tôt dans l’histoire de l’univers, l’univers était plus petit et le rayonnement ambiant était plus important, ce qui, selon les chercheurs, pourrait conduire à une plus grande stabilité des rayons X dans les jets.
Collaboration critique
Malgré la résolution d’imagerie exceptionnelle de Chandra, l’ensemble de données a posé des défis importants. Chandra a observé certaines des poches de variabilité avec seulement une poignée de photons X. Et la variabilité de la production de rayons X dans un jet donné était généralement de quelques dizaines de pour cent environ. Pour éviter de considérer involontairement le hasard comme une variabilité réelle, Meyer a collaboré avec des statisticiens de l’Université de Toronto et de l’Imperial College de Londres.
« Extirper ce résultat des données était presque comme un miracle, car les observations n’étaient pas conçues pour le détecter », explique Meyer. L’analyse de l’équipe suggère qu’entre 30 et 100% des jets de l’étude ont montré une variabilité sur de courtes échelles de temps. « Alors que nous aimerions de meilleures contraintes », dit-elle, « la variabilité n’est notamment pas nulle. »
Les nouvelles découvertes creusent des trous importants dans l’une des principales théories de la production de rayons X dans les jets de trous noirs, et Meyer espère que l’article stimulera les travaux futurs. « J’espère que ce sera un véritable appel aux théoriciens », dit-elle, « pour qu’ils examinent essentiellement ce résultat et proposent des modèles de jets cohérents avec ce que nous trouvons. »
Plus d’information:
Eileen Meyer, Variabilité des jets de rayons X extragalactiques à l’échelle des kiloparsecs, Astronomie naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41550-023-01983-1. www.nature.com/articles/s41550-023-01983-1
Fourni par l’Université du Maryland du comté de Baltimore