Les radiogalaxies en forme de X se sont peut-être formées plus simplement que prévu

Lorsque les astronomes utilisent des radiotélescopes pour scruter le ciel nocturne, ils voient généralement des galaxies elliptiques, avec des jets jumeaux explosant de chaque côté du trou noir central supermassif. Mais de temps en temps – moins de 10% du temps – les astronomes pourraient trouver quelque chose de spécial et de rare : une radiogalaxie en forme de X, avec quatre faisceaux qui s’étendent profondément dans l’espace.

Bien que ces mystérieuses radiogalaxies en forme de X aient déconcerté les astrophysiciens pendant deux décennies, une nouvelle étude de la Northwestern University fournit de nouvelles informations sur la façon dont elles se sont formées – et c’est étonnamment simple. L’étude a également révélé que les radiogalaxies en forme de X pourraient être plus courantes qu’on ne le pensait auparavant.

L’étude sera publiée le 29 août dans Lettre du journal d’astrophysique. Il s’agit de la première simulation d’accrétion galactique à grande échelle pour suivre le gaz galactique loin de trou noir géant Tout autour.

Des conditions simples conduisent à des résultats chaotiques

À l’aide de nouvelles simulations, les astrophysiciens du Nord-Ouest ont appliqué des conditions simples pour modéliser l’alimentation d’un trou noir supermassif, la composition organique de son émission et Disque accumulé. Lorsque les chercheurs ont effectué les simulations, des conditions organiquement simples et inattendues ont conduit à la formation d’une galaxie radioactive en forme de X.

Étonnamment, les chercheurs ont découvert que la forme en X distinctive de la galaxie est causée par l’interaction entre le jet et le gaz tombant dans le trou noir. Au début de la simulation, le gaz qui tombe dévie le jet nouvellement formé, qui s’allume et s’éteint, balance et gonfle la paire de cavités dans différentes directions ressemblant à une forme en X. Cependant, le jet finit par devenir assez fort pour pousser le gaz. À ce stade, le jet se stabilise, arrête de se balancer et se propage le long d’un axe.

“Nous avons constaté que même avec de simples conditions initiales identiques, vous pouvez obtenir des résultats vraiment chaotiques”, a déclaré Aretaios Lalacos de Northwestern, qui a dirigé l’étude. “L’explication courante des radiogalaxies en forme de X est que deux galaxies entrent en collision, provoquant la collision de leurs galaxies supermassives. trou noir fusionner, ce qui modifie la rotation des trous noirs restants et la direction du faisceau. Une autre idée est que la forme de l’avion change lorsqu’il interagit avec le gaz massif entourant un trou noir supermassif isolé. Maintenant, nous avons révélé, pour la première fois, que les radiogalaxies en forme de X peuvent en fait se former de manière beaucoup plus simple. “

Lalacos est étudiant diplômé au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du Centre d’exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA). Il a été encadré par le co-auteur Sasha Chekovskoye, professeur adjoint de physique et d’astronomie à la Northwestern University et membre senior du CIERA, et Or Gottlieb, boursier postdoctoral au CIERA.

forme X horizontale

Même si les radiogalaxies émettent lumière visible, ils couvrent également un large domaine de la diffusion radio. La radiogalaxie la plus célèbre est peut-être M87, l’une des galaxies les plus massives de l’univers, qui est devenue encore plus populaire en 2019 lorsque le télescope Event Horizon a imagé un trou noir supermassif central. Les radiogalaxies en forme de X, créées pour la première fois en 1992, représentent moins de 10 % de toutes les radiogalaxies.

Lorsque Lalakos a commencé à concevoir des trous noirs, il ne s’attendait pas à simuler une galaxie en forme de X. Au lieu de cela, il visait à mesurer la masse que le trou noir consommerait. Il a incorporé des conditions astronomiques simples dans la simulation et l’a laissée fonctionner. Lalakos n’était initialement pas conscient de l’importance de la forme en X émergente, mais Tchekhovskoy a répondu avec enthousiasme.

“Il a dit:” Mec, c’est très important! “Il m’a dit que les astronomes avaient remarqué cela dans la vraie vie et n’avaient aucune idée de comment cela s’était formé. Nous l’avons fait d’une manière à laquelle on n’avait jamais pensé auparavant.

Dans des simulations précédentes, d’autres astronomes ont essayé de créer artificiellement des structures en forme de X pour étudier leur apparence. Mais le mimétisme de Lalacos conduit organiquement à une forme en X.

“Dans mes simulations, j’essaie de ne rien présumer”, explique Lalacos. “En règle générale, les chercheurs placeraient un trou noir au centre d’un réseau simulé et placeraient autour de lui un grand disque de gaz qui s’était déjà formé, puis ils pourraient ajouter du gaz autour de lui à l’extérieur du disque. Dans cette étude, la simulation a été démarrée sans le disque. , mais bientôt l’un d’eux s’est formé lorsque le gaz tourbillonnant s’est approché du trou noir. Ensuite, ce disque alimente le trou noir et crée un faisceau. J’ai fait les hypothèses les plus simples, donc les résultats ont été surprenants. C’est la première fois que quelqu’un voit la morphologie de formation de X dans des simulations à partir de conditions initiales très simples.”

“Je n’ai pas eu la chance de les voir”

Étant donné que la forme en X n’apparaît qu’au début de la simulation – jusqu’à ce que le jet se solidifie et se stabilise – Lalakos pense que la radio a la forme d’un X galaxie Ils peuvent apparaître plus fréquemment, mais persistent très peu de temps, beaucoup plus dans l’univers qu’on ne le pensait auparavant.

“Cela pourrait apparaître chaque fois qu’un trou noir reçoit un nouveau gaz et recommence à manger”, a-t-il déclaré. “Donc, cela peut arriver souvent, mais nous n’aurons peut-être pas la chance de le voir car cela ne se produit que tant que la force du jet est trop faible pour repousser le gaz.”

De plus, Lalakos prévoit de continuer à exécuter des simulations pour mieux comprendre à quoi ressemble cette forme en X. Il voulait expérimenter la taille du disque d’accrétion et la rotation du trou noir central. Dans une autre simulation, Lalakos inclut un disque cumulatif qui existe à peine jusqu’à ce qu’il atteigne une très grande taille, dont aucun ne se traduit par la forme en X insaisissable.

“Pour la majeure partie de l’univers, il est impossible de zoomer directement au centre et de voir ce qui se passe près d’un trou noir”, a déclaré Lalacos. « Et même les choses que nous pouvons observer, nous sommes limités dans le temps. Si un trou noir supermassif s’était formé, nous ne serions pas en mesure de suivre son évolution car la durée de vie humaine est trop courte. Dans la plupart des cas, nous nous appuyons sur des simulations pour comprendre ce qui se passe. près du trou noir.”

Cette recherche s’intitule “Bridging Bondi and Event Horizon Scale: 3D GRMHD Simulation Reveals X-Shaped Radio Morphology”.