On suppose que chaque grande galaxie de l’univers observable abrite un trou noir supermassif en son centre. Dans la plupart des cas, selon les données observables, ces trous noirs sont en sommeil. Ils acculent seulement de petites quantités de matière de leur environnement immédiat, émettent une radiation faible et ne produisent pas de jets visibles. À des distances cosmiques, ils passent presque inaperçus.
À certaines occasions, pour des raisons encore partiellement comprises, un trou noir supermassif entre dans une phase active. La matière s’accumule alors sur son disque d’accrétion en quantités considérablement plus importantes. Ce disque chauffe. Des champs magnétiques intenses canalisent les particules chargées des pôles du trou noir en deux faisceaux concentrés qui se propagent à des vitesses relativistes. Lorsqu’ils rencontrent le gaz diffus de l’environnement intergalactique, ces faisceaux produisent d’énormes lobes de plasma émettant des ondes radio, pouvant s’étendre sur des centaines de milliers, voire des millions d’années-lumière.
Un trou noir supermassif actif constitue l’un des moteurs les plus puissants de l’univers. Toutefois, sur le plan observatoire, il s’agit d’un phénomène temporaire. La phase active se déroule pendant un certain temps, puis, sur des échelles de temps allant de dizaines à des centaines de millions d’années, le trou noir se remet à l’arrêt.
La question de savoir si un trou noir individuel se réactive, à quelle fréquence, et dans quelles conditions, intrigue les astronomes depuis environ cinquante ans.
La galaxie qui s’est réveillée
La galaxie en question s’appelle J1007+3540. Elle est située au centre d’un amas galactique nommé WHL 100706.4+354041, à plusieurs centaines de millions d’années-lumière de la Terre. La galaxie hôte est une elliptique évoluée, avec une population stellaire d’environ 12 milliards d’années et une masse stellaire totale d’environ 100 milliards de masses solaires. Le trou noir supermassif au centre est beaucoup plus grand que celui de notre Voie lactée.
En janvier 2026, une équipe de chercheurs dirigée par Shobha Kumari au Midnapore City College en Inde, en collaboration avec Sabyasachi Pal, Surajit Paul et Marek Jamrozy, a publié un article dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society présentant des observations radiofréquences détaillées de la galaxie et de son trou noir central. Les observations, qui ont combiné les données de deux des télescopes radio les plus sensibles au monde, ont révélé une configuration spécifique et inhabituelle des caractéristiques au centre de la galaxie.
Ce qui a le plus frappé, c’est la présence de deux structures de plasma distinctes dans une même image. La structure extérieure était une paire de lobes larges et diffus s’étendant sur environ 1,45 mégparsec, soit environ 4,7 millions d’années-lumière dans l’espace intergalactique. Le plasma des lobes extérieurs était faible et de basse fréquence, avec un âge radiatif d’environ 240 millions d’années, indiquant que ces lobes proviennent d’une phase active du trou noir qui a pris fin il y a fort longtemps.
À l’intérieur des lobes extérieurs, séparés de ceux-ci, se trouvait une seconde structure de plasma, plus lumineuse et compacte. Cette structure interne était beaucoup plus jeune, avec un âge radiatif d’environ 140 millions d’années, et sa morphologie lumineuse et comprimée était cohérente avec celle d’un jet actif dont la production se poursuit.
L’analyse des données combinées était claire. Le trou noir au centre de J1007+3540 avait été actif dans un lointain passé, avait été complètement inactif pendant environ 100 millions d’années, puis avait redémarré. Les anciens lobes fanés et les nouveaux jets actifs étaient visibles dans une même image, capturant un trou noir supermassif au cœur d’un cycle de réactivation.
La lutte environnementale
Les jets récemment lancés ne se propagent pas, selon les observations disponibles, dans le schéma lisse attendu dans un milieu vide. Ils sont pliés, comprimés et déformés par la pression intense du gaz chaud qui remplit l’amas galactique environnant.
Le milieu intracluster, ainsi appelé, exerce une pression significativement plus élevée sur le plasma des jets émergents que la plupart des galaxies radio n’en expérimentent. D’après les images de l’équipe de Kumari, le lobe nord du nouveau jet est visiblement comprimé et courbé sur le côté, plutôt que de s’étendre vers l’extérieur. Son plasma semble se recourber vers la source au lieu de se diriger toujours plus loin. Le jet du sud est déformé en une forme en S allongée, s’étendant sur environ 250 kiloparsecs, avant de se dissiper dans une queue diffuse décalée qui atteint environ 600 kiloparsecs de la galaxie hôte.
Le co-auteur Dr Sabyasachi Pal a décrit J1007+3540 comme l’un des exemples les plus clairs et spectaculaires de noyaux galactiques actifs épisodiques avec interaction jets-amas actuellement connus. Dans l’annonce des résultats, la Royal Astronomical Society a cité la chercheuse principale Shobha Kumari, qui a qualifié cet événement de « regarder un volcan cosmique entrer en éruption après des siècles de calme, sauf qu’il est assez grand pour façonner des structures de près d’un million d’années-lumière dans l’espace ».
Comment les observations ont été réalisées
Les observations ont combiné les données de deux des télescopes radio de basse fréquence les plus sensibles au monde. Le premier était le Low Frequency Array (LOFAR), un réseau distribué d’antennes radio situé aux Pays-Bas et s’étendant à travers l’Europe, qui a observé J1007+3540 dans le cadre de la seconde publication de données du LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS DR2) à 144 mégahertz. Le second était le Giant Metrewave Radio Telescope mis à jour (uGMRT) dans le Maharashtra, en Inde, qui a observé la même source à 400 mégahertz.
La combinaison de ces deux fréquences a permis à l’équipe de Kumari de faire la distinction entre les populations de plasma plus anciennes et plus récentes dans la galaxie. Les lobes plus anciens, plus éloignés, émettent principalement à basse fréquence, car les électrons qui produisent leur radiation ont perdu de l’énergie au cours des 240 millions d’années écoulées. Les jets internes plus jeunes et plus brillants émettent de manière plus prononcée à ces deux fréquences. Le contraste dépendant de la fréquence entre les deux structures était la signature observatoire spécifique qui a permis à l’équipe de séparer les deux cycles d’activité et d’estimer leurs âges respectifs.
Ce que cela signifie
Les observations de J1007+3540 éclaircissent une question spécifique et ancienne concernant l’activité des trous noirs supermassifs. La possibilité que des trous noirs individuels alternent entre phases actives et dormantes avait été débattue pendant des décennies, et les preuves d’une activité épisodique étaient principalement circonstancielles. La présence à la fois de vieux lobes inactifs et de nouveaux jets actifs dans une même galaxie, capturée simultanément lors d’une observation, fournit une confirmation visuelle directe que certains trous noirs supermassifs agissent comme des moteurs épisodiques capables de passer d’un état de dormance à un état actif sur des échelles de temps de plusieurs centaines de millions d’années.
La durée de dormance de J1007+3540, d’environ 100 millions d’années, est également révélatrice. Cela est nettement plus long que les périodes durant lesquelles la plupart des réactivations observées des trous noirs ont été documentées. Cela suggère que les mécanismes régissant l’arrêt et le redémarrage de ces moteurs centraux opèrent sur des intervalles comparables à l’évolution des espèces sur Terre, et qu’un trou noir supermassif peut traverser plusieurs de ces cycles au cours de l’âge de sa galaxie hôte.
Les interactions environnementales forment un second élément au-delà du cas spécifique. Les jets émergeant de J1007+3540 sont visiblement courbés et comprimés par leurs environs, ce qui implique que la forme d’une structure radio de galaxie n’est pas uniquement dictée par son trou noir central. La pression, la température et la densité du milieu intergalactique environnant peuvent, selon les observations disponibles, remodeler de manière significative les jets produits par un trou noir. Tout modèle complet de l’évolution des jets de trous noirs doit tenir compte des effets de cet environnement.
Le trou noir au centre de J1007+3540 est resté silencieux plus longtemps que n’importe quelle culture humaine n’a existé. Il a maintenant commencé à entrer en éruption à nouveau. Les astronomes qui l’observent capturent, dans une seule image, à la fois cette nouvelle éruption et les vestiges fossilisés de l’éruption précédente.
Points à retenir
- La galaxie J1007+3540 abrite un trou noir supermassif ranimé après une longue période d’inactivité.
- La structure des jets émergents est influencée par la pression du gaz chaud environnant.
- Les observations combinées permettent de distinguer plusieurs cycles d’activité du trou noir.
- La durée de dormance de 100 millions d’années révèle des mécanismes d’arrêt et de redémarrage complexes.
- Les interactions entre jets et environnement illustrent la diversité des formes de galaxies.
En réfléchissant profondément sur ces découvertes fascinantes, je me demande si nous n’assistons pas à un changement fondamental dans notre compréhension des trous noirs et de l’évolution galactique. Chaque observation ouvre des portes vers d’autres questions et mystères encore à explorer. Quels autres secrets l’univers pourrait-il bien nous dévoiler à travers ces phénomènes si puissants et mystérieux ? Cette exploration continuera d’enflammer notre curiosité et d’alimenter notre quête de connaissances. Qui sait ce que nous pourrions découvrir au cours des prochaines décennies ?