Il est difficile d'observer en détail le noyau de nombreuses galaxies actives en raison du gaz environnant et de la poussière interstellaire. Des astronomes du Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian ont révélé, cependant, une série de mesures qui pourraient aider à percer la structure de ces régions peu communes. Elizabeth M. L. Humphreys et d'autres membres de l'équipe de recherche ont présenté la première détection à des longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques d'émissions extragalactiques de masers à eau dans le noyau de la galaxie active NGC 3079.
Image composée de NGC 3079 vue par le télescope Hubble
et l'observatoire spatial à rayons X Chandra
"La détection de masers à eau dans ces longueurs d'onde fournira des moyens nouveaux et uniques pour déterminer les conditions physiques près du centre des noyaux galactiques actifs (AGN), où des trous noirs super massifs sont censés se trouver", indique E. Humphreys.
Les chercheurs ont détecté le rayonnement en provenance de sources radio compactes connues sous le nom de masers H2O (à eau) à l'aide de l'Observatoire Submillimétrique et du télescope Maxwell, tous deux sur le Mauna Kea, à Hawaï. Les masers amplifient et focalisent les ondes radio comme le font les lasers pour la lumière. Dans la nature on trouve des masers dans l'espace interstellaire. Dans notre propre galaxie, les molécules d'eau proches d'étoiles chaudes et nouvellement formées peuvent absorber de l'énergie et émettre des ondes radio centimétriques, créant les lignes spectrales les plus lumineuses de l'univers radio. Dans les galaxies actives, ce sont des phénomènes liés aux trous noirs plutôt que des étoiles qui échauffent les molécules.
Sur des millions d'années, une immense bulle en forme de sablier de gaz chauds a émergé du noyau de NGC 3079, une galaxie spirale distante de 50 millions d'années-lumière dans la direction de la constellation de la Grande Ourse. Cette bulle s'est formée soit par les radiations et les faisceaux de particules éjectés par l'étoile en se formant, soit par des processus directement liés au trou noir de plusieurs millions de masses solaires qui se trouve au centre du sablier.
"Si ces masers sont présents dans NGC 3079, ils sont sans aucun doute présents dans d'autres galaxies actives. La découverte d'émissions masers millimétriques et submillimétriques dans un noyau galactique actif, en plus du signal centimétrique connu depuis longtemps, ouvre de nouvelles opportunités pour cartographier les gaz moléculaires dans les disques d'accrétion et les écoulements qui se situent à peut-être juste quelques années-lumière d'un trou noir massif", remarque Lincoln J. Greenhill du CfA.
Précédemment, le Dr. Greenhill et son équipe avaient cartographié les matériaux moléculaires d'un disque de cinq années-lumière de diamètre autour du trou noir de NGC 3079, en n'utilisant que l'émission maser de longueur d'onde centimètrique produite par ce gaz. La comparaison détaillée des images du télescope Hubble, de l'observatoire spatial à rayons X Chandra, et du VLBA avait démontré que le disque d'accrétion et le trou noir se trouvaient au resserrement de l'écoulement du sablier.
Bien que ce soit encore à confirmer par des mesures plus fines, divers composants de masers à différentes longueurs d'onde pourraient exister dans les mêmes régions physiques. "Si nous pouvons trouver des masers à eau à différentes longueurs d'onde aux mêmes endroits dans le gaz que ceux qui émettent aux longueurs d'onde centimétriques, alors nous pourrons beaucoup mieux y définir la température du gaz et sa densité" explique Mark J. Reid du CfA. "Si nous les trouvons ailleurs, alors nous pourrons cartographier des régions inexplorées du noyau galactique actif, y compris ceux très proches du trou noir central. Ceci pourrait nous permettre de mieux comprendre le procédé d'accrétion de ce type de noyaux conduisant à la formation de trous noirs super massifs".
Tandis que l'émission centimétrique est la signature de l'eau, on sait depuis longtemps que les masers à H2O émettent fortement sur au moins dix autres longueurs d'onde. Ils sont moins bien étudiés parce que relativement peu de télescopes sont capables de détecter ces radiations, dont beaucoup sont bloquées par l'atmosphère.