Les environnements galactiques boostent la croissance des trous noirs

Des études récentes se sont penchées sur l'influence de l'environnement autour des galaxies sur leur croissance, notamment en ce qui concerne les trous noirs supermassifs (SMBHs). Ces trous noirs sont très grands et se trouvent généralement au centre des galaxies. Un endroit particulier qui attire l'attention est le protocluster SPT2349-56, qui est une région dense remplie de Galaxies en formation d'étoiles. Cet endroit a les bonnes conditions pour la formation d'étoiles et la croissance de ces trous noirs.

Dans un cluster comme SPT2349-56, il y a beaucoup de gaz, essentiel pour créer de nouvelles étoiles. En même temps, ce gaz joue aussi un rôle dans la croissance des SMBHs. Les chercheurs veulent voir comment ces environnements denses pourraient accélérer la croissance de ces trous noirs, surtout dans des conditions qui obstruent leur lumière.

#Objectifs de l'étude

Le principal but de cette étude est de vérifier l'activité des Noyaux Galactiques Actifs (AGN) dans SPT2349-56. Les AGN sont les centres brillants de certaines galaxies causés par la matière qui tombe dans les trous noirs. Dans ce cas, les chercheurs comparent l'activité AGN dans SPT2349-56 avec celle d'autres galaxies dans différents environnements.

Pour cela, les scientifiques ont observé SPT2349-56 pendant un total de 200 000 secondes en utilisant Chandra, un puissant observatoire qui capture les émissions X des objets célestes. Ils ont cherché spécifiquement des émissions X de galaxies connues dans cette région et ont également estimé les propriétés physiques de tout AGN découvert.

#Observations et résultats

Les observations ont révélé deux galaxies membres dans SPT2349-56 qui émettaient des rayons X, désignées comme sources C1 et C6. Parmi les galaxies en formation d'étoiles dans la région, la fraction de ces AGN s'est avérée significative. Cette fraction est plus élevée que ce qu'on voit habituellement dans des environnements moins denses, indiquant une situation unique dans les protoclusters.

C1 et C6 fournissent un cas intéressant à étudier. Elles sont entourées de galaxies en formation d'étoiles avec de grandes quantités de gaz. Les scientifiques estiment que le gaz présent dans ces galaxies contribue significativement à l'obstruction observée dans les émissions X.

#Caractéristiques de C1

C1 est une source particulièrement brillante et est classée comme AGN Compton-épais. Cela signifie que ses émissions sont fortement obscurcies par le gaz. Les observations montrent qu'elle abrite probablement un trou noir supermassif qui croît très rapidement, possiblement à la limite d'Eddington, un taux théorique maximum de croissance pour les trous noirs.

Ce taux de croissance élevé pourrait aider à expliquer l'existence de SMBHs extrêmement massifs trouvés dans les centres des galaxies de l'univers local. L'étude suggère que les conditions présentes dans SPT2349-56 sont particulièrement favorables à cette croissance rapide.

#Caractéristiques de C6

C6 montre également des signes d'être un AGN obscurci, mais avec moins de photons X détectés. Néanmoins, ses caractéristiques suggèrent qu'il est aussi lié à un trou noir massif. La luminosité X et les émissions radio indiquent que cette galaxie est également un membre important de la population AGN du protocluster.

#Le rôle de l'environnement

L'environnement dans des régions à haut décalage vers le rouge comme SPT2349-56 peut considérablement augmenter l'activité des AGN par rapport à des galaxies plus isolées. La haute densité de gaz et les interactions entre les galaxies dans les protoclusters sont considérées comme favorisant la croissance des trous noirs. Les études d'observation indiquent que ces conditions conduisent à une activité AGN accrue, notamment pour celles dans des galaxies en formation d'étoiles.

Cette activité accrue n'est pas simplement due au plus grand nombre de galaxies, mais semble être un effet physique entraîné par l'environnement. En gros, plus une région est densément peuplée et riche en gaz, plus elle est susceptible de favoriser la croissance rapide des trous noirs et l'activité AGN qui en résulte.

#Comparaison avec d'autres structures

En comparant SPT2349-56 avec d'autres structures similaires comme le Distant Red Core (DRC), les deux présentent une forte incidence d'activité AGN. La fraction d'AGN dans SPT2349-56 est similaire à celle trouvée dans le DRC, suggérant que les deux protoclusters sont également capables de faciliter la croissance rapide des SMBHs.

#Activité AGN dans le DRC

Dans le DRC, les chercheurs ont également identifié des AGN dans un contexte similaire, montrant un schéma où les protoclusters à haut décalage vers le rouge démontrent systématiquement une activité AGN accrue. Tout comme C1 dans SPT2349-56, le DRC présente des AGN fortement obscurcis qui pourraient signaler une phase active de croissance des trous noirs dans l'univers primitif.

#L'influence du gaz

Le gaz joue un rôle crucial dans ces observations. Dans C1 et C6, le milieu interstell aire au sein des galaxies hôtes contribue de manière significative à l'obscuration nucléaire des AGN. Cela suggère que les environnements dans lesquels ces galaxies résident sont denses en gaz, ce qui peut bloquer certaines émissions des trous noirs.

Les chercheurs ont constaté que le contenu et la densité de gaz dans ces régions entraînent probablement un niveau d'obscuration plus élevé, c'est pourquoi les émissions X peuvent sembler plus faibles. Ce phénomène est particulièrement fascinant lorsqu'on examine comment les trous noirs évoluent dans des environnements où le gaz est abondant.

#Analyse statistique et fractions d'AGN

L'étude a analysé la fraction d'AGN sélectionnés par rayons X parmi différentes populations de galaxies dans le protocluster. Parmi les galaxies en formation d'étoiles poussiéreuses dans SPT2349-56, environ 10 % ont été trouvées être des AGN X-ray, ce qui s'aligne avec des résultats observés dans d'autres protoclusters.

Cependant, en comparant cette fraction d'AGN avec des galaxies dans le champ, il devient évident que l'environnement du protocluster favorise une incidence plus élevée d'activité AGN. Les résultats de SPT2349-56 et DRC indiquent que ces régions sont des lieux de choix pour découvrir des AGN lumineux.

#Activité AGN dans d'autres types de galaxies

Au-delà des DSFGs, l'étude a également examiné d'autres types de galaxies dans SPT2349-56, comme les émetteurs de Lyman-alpha (LAEs) et les galaxies à rupture de Lyman (LBGs). Aucune activité AGN n'a été détectée parmi les LAEs, ce qui mène à la conclusion que ces galaxies n'ont peut-être pas le même potentiel pour abriter des trous noirs que ce qu'on voit dans les galaxies en formation d'étoiles poussiéreuses.

Cette différence souligne les diverses façons dont les types de galaxies réagissent à leur environnement, ainsi que comment certains types de galaxies, particulièrement celles riches en poussière et en gaz, sont plus susceptibles de contenir Des trous noirs supermassifs actifs.

#Résumé et conclusion

La recherche autour de SPT2349-56 a illustré le rôle significatif que joue l'environnement dans la croissance des trous noirs supermassifs. L'étude révèle que les conditions denses et riches en gaz des protoclusters comme SPT2349-56 sont vitales pour déclencher et maintenir l'activité AGN.

Les principales conclusions incluent :

• L'identification de deux AGN X-ray, C1 et C6, qui sont fortement obscurcis et abritent probablement des trous noirs en croissance rapide.
• L'environnement augmente significativement l'activité AGN par rapport à des régions moins denses.
• Des fractions AGN élevées parmi les galaxies en formation d'étoiles poussiéreuses, suggérant que ces régions favorisent des conditions pour la croissance rapide des trous noirs.

À mesure que des études comme celle-ci évoluent, elles éclairent les connexions entre la croissance des galaxies, la formation d'étoiles et l'activité des trous noirs dans notre univers. Les observations futures continueront à peaufiner notre compréhension de ces interactions complexes, aidant à répondre à des questions de longue date sur l'évolution des galaxies et leurs trous noirs centraux.