Résumé :
Les dernières recherches menées par les astronomes ont révélé que l'énergie transportée par le fort « vent de trou noir » généré par les trous noirs supermassifs pourrait largement dépasser les estimations passées, et que sa portée d'influence peut même s'étendre à une zone située à environ 300 000 années-lumière du trou noir, affectant l'ensemble de l'environnement de l'amas de galaxies. Cette découverte montre que les trous noirs ne sont pas de simples objets cosmiques qui engloutissent la matière environnante. Ils peuvent également libérer d’énormes quantités d’énergie vers l’extérieur et avoir un impact profond sur le mouvement des gaz loin de la galaxie où ils se trouvent.
Dans le passé, les scientifiques pensaient généralement que l'écoulement de gaz à grande vitesse produit par les trous noirs supermassifs actifs affectait principalement la galaxie hôte où ils résident. Étant donné que la taille du trou noir lui-même est très petite par rapport à l’ensemble de la galaxie, les astronomes ont longtemps pensé que cette rétroaction d’énergie se limitait principalement aux environs du trou noir et à l’intérieur de la galaxie hôte. Cependant, une équipe de recherche de l'Université du Tohoku, de l'Université de Kanazawa, de l'Université métropolitaine de Tokyo et d'autres institutions a découvert grâce à de nouvelles observations aux rayons X que la situation pourrait être complètement différente.
Les chercheurs ont jeté leur dévolu sur le quasar numéroté H1821+643. Ce corps céleste est situé en direction de Draco, à environ 3,4 milliards d'années-lumière de la Terre. Il s’agit d’un corps céleste extrêmement brillant animé par un trou noir supermassif qui dévore de grandes quantités de gaz. H1821+643 n’existe pas de manière isolée. Il est situé au centre d’un amas de galaxies et son trou noir central libère continuellement de l’énergie dans l’environnement.
L'équipe de recherche a utilisé le satellite XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) lancé par l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale en 2023 pour observer H1821+643 et le gaz à haute température qui l'entoure. XRISM possède une résolution spectrale des rayons X extrêmement élevée et peut déterminer la vitesse de déplacement des gaz et le degré de turbulence en analysant les raies spectrales des rayons X produites par les ions de fer ionisés dans les gaz à haute température.
Les chercheurs ont découvert que le gaz à haute température autour du trou noir n'est pas dans un état statique, mais présente un mouvement turbulent très violent. Ce mouvement ne se limite pas à l’intérieur de la galaxie hôte où se trouve le trou noir, mais s’étend à une zone située à environ 300 000 années-lumière du trou noir, bien au-delà de l’échelle d’une seule galaxie.
À en juger par les résultats de l'observation, l'énergie libérée par le trou noir se propage vers l'extérieur grâce à un fort écoulement de gaz et continue de remuer le gaz à haute température environnant. Les chercheurs ont calculé que l’énergie transportée par ces turbulences est environ 100 fois supérieure aux estimations précédentes, et que son énergie totale est équivalente à l’énergie libérée par des milliards d’explosions de supernova.
Satoshi Yamada, premier auteur de l'étude et professeur adjoint à l'Institut interdisciplinaire des sciences frontières de l'Université de Tohoku, a déclaré que les gens sont généralement plus familiers avec l'aspect "avaler" des trous noirs, mais qu'en accrétant du gaz, les trous noirs éjectent également du gaz et de l'énergie vers l'extérieur sous la forme de "vents" forts. Dans le passé, on pensait que ce vent était principalement confiné à l’intérieur de la galaxie hôte, mais cette étude montre que sa puissance réelle est bien supérieure à ce que l’on pensait auparavant et peut affecter l’environnement cosmique plus large.
Ce phénomène est d'une grande importance pour comprendre l'évolution des galaxies et des amas de galaxies. Bien que les trous noirs supermassifs soient extrêmement petits par rapport aux galaxies, l’énergie qu’ils libèrent peut entraîner des mouvements de gaz à grande échelle. Le mouvement des gaz à haute température affectera la distribution, la température et la circulation énergétique de la matière autour de la galaxie. Les trous noirs pourraient donc participer ainsi à la régulation de l’évolution de la galaxie entière et de son environnement.
Ce type de processus est souvent appelé « rétroaction de trou noir ». Lorsque le gaz autour du trou noir continue de tomber dans le disque d'accrétion et est finalement avalé par le trou noir, une énergie extrêmement énorme sera libérée, dont une partie sera réinjectée dans l'espace environnant sous forme de rayonnement, de jets ou de sorties de gaz à grande vitesse. Cette rétroaction peut chauffer le gaz environnant et empêcher une partie du gaz de se refroidir davantage et de former de nouvelles étoiles. Elle est donc considérée comme l'un des mécanismes importants pour expliquer l'évolution des galaxies.
Ce qui est particulièrement important dans cette observation, c'est que les chercheurs ont non seulement découvert le fort flux d'énergie produit par le trou noir, mais ont également suivi directement les signes de l'impact de cette énergie sur l'environnement à grande échelle. L'équipe de recherche estime que cela équivaut à la première démonstration claire que les trous noirs peuvent affecter l'environnement cosmique plus large par le biais d'une « onde de choc » extrêmement puissante.
Le document de recherche souligne que le gaz à haute température dans la région de H1821+643 présente un élargissement des raies spectrales plus évident que les amas de galaxies typiques, ce qui signifie qu'il existe une forte turbulence à l'intérieur du gaz. Grâce à une analyse détaillée des raies spectrales des rayons X des ions fer, les chercheurs ont pu déterminer que ces mouvements de gaz n'étaient pas des perturbations ordinaires au sein de l'amas de galaxies, mais étaient étroitement liés à l'énergie libérée par le quasar central.
Ce résultat modifie également davantage la compréhension des scientifiques de la relation entre les trous noirs et leur environnement. Dans le passé, les trous noirs ont souvent été décrits comme une sorte de « piège gravitationnel » cosmique qui engloutit continuellement la matière, mais en fait, les trous noirs supermassifs qui s'accumulent activement peuvent également être des sources de production d'énergie extrêmement puissantes dans l'univers. Ils peuvent transporter d’énormes quantités d’énergie depuis leur propre voisinage jusqu’à des centaines de milliers d’années-lumière, affectant ainsi le mouvement du gaz dans d’autres galaxies et même dans des amas de galaxies entiers.
Les chercheurs ont déclaré que davantage d'observations seraient nécessaires à l'avenir pour déterminer davantage l'espace que la rétroaction des trous noirs peut affecter et comment ce transfert d'énergie modifie la circulation de la matière et des éléments dans l'amas de galaxies. Alors que les équipements d'observation des rayons X à haute résolution tels que XRISM continuent de fonctionner, les astronomes devraient étudier des trous noirs supermassifs plus actifs et comparer les flux produits par différents trous noirs et leur portée d'influence.
Ce résultat de recherche a été publié dans la revue "Nature Astronomy" le 28 juillet 2026. Les résultats de la recherche montrent que les trous noirs supermassifs dans l'univers ne sont pas seulement la fin de la matière, mais peuvent également être un moteur important pour transporter d'énormes quantités d'énergie vers l'environnement cosmique. Un trou noir beaucoup plus petit que la galaxie hôte peut pousser l’énergie équivalente à l’explosion de milliards d’étoiles jusqu’à 300 000 années-lumière. La rétroaction énergétique à cette échelle devient un indice important pour comprendre l’évolution de la structure de l’univers.
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