Le radiofilm du jet : une nouvelle image des flux de plasma autour d'un trou noir supermassif

Vingt-sept ans d'observations de l'une des galaxies actives les plus brillantes de l'Univers ont enfin composé un tableau continu. Le blazar 3C 345, situé à environ cinq milliards d'années-lumière, est longtemps resté l'objet d'une attention soutenue. Son jet relativiste, éjecté par le trou noir supermassif en son centre, présentait de brillants « nœuds » qui semblaient filer à une vitesse supraluminique. Pendant des décennies, les astronomes les ont expliqués comme des ondes de choc — des fronts de compression du plasma courant le long du jet plus vite que la matière environnante. Un nouveau travail, publié dans Nature, montre que ce tableau familier, du moins pour 3C 345, ne résiste pas à l'examen.

L'équipe de chercheurs a appliqué l'algorithme kine — une méthode de réseau neuronal capable de transformer des clichés radio disparates en une vidéo polarisée continue. Elle s'appuie sur 116 observations réalisées de 1995 à 2022 par le réseau VLBA dans le cadre du programme MOJAVE à la fréquence de 15 GHz. L'algorithme traite simultanément toutes les données, en tenant compte des liens spatio-temporels, et produit un modèle fluide que l'on peut « dérouler » à n'importe quel moment. Le résultat est impressionnant : la résolution a augmenté d'environ quatre fois par rapport aux méthodes traditionnelles, et la plage dynamique — de près de 140 fois. Au lieu de taches brillantes isolées, les scientifiques ont vu un flux de plasma cohérent et ont pu mesurer sa vitesse locale en chaque point du jet.

La vidéo a montré que les nœuds brillants se déplacent à peu près à la même vitesse que le plasma environnant. Aucune avance notable, qui serait nécessaire pour des ondes de choc, n'a été détectée. De plus, les pics de luminosité ne coïncidaient pas avec les maxima de polarisation — un argument supplémentaire contre l'interprétation classique. Les données de polarisation indiquent plutôt des régions magnétiques localement renforcées, dont la luminosité est encore accrue par la direction du mouvement. Le plasma s'écoule continuellement du noyau compact, éjectant parfois des structures brillantes isolées qui, d'abord, volent presque balistiquement, puis tournent doucement le long de l'axe du jet et se dissolvent dans un « panache » diffus.

Cette découverte ne concerne pour l'instant que 3C 345. Les auteurs soulignent qu'il ne faut pas étendre automatiquement les conclusions à tous les jets des noyaux actifs de galaxies. Néanmoins, la méthode est déjà prête à être appliquée aux archives de centaines d'objets. Si un tableau similaire se répète, les représentations de la manière dont les trous noirs supermassifs accélèrent et structurent la matière pourraient sérieusement changer.

Derrière les chiffres et les algorithmes se cache quelque chose de plus grand. Il y a des milliards d'années, dans une galaxie lointaine, la matière tombant sur un trou noir a donné naissance à un étroit rayon relativiste qui traverse encore aujourd'hui l'espace intergalactique. Nous, qui vivons sur une minuscule planète, avons pu, grâce aux radiotélescopes dispersés sur la Terre et aux réseaux neuronaux, discerner le mouvement du plasma dans ce rayon. L'Univers se révèle organisé de telle sorte que ses processus les plus grandioses — la naissance des jets à l'horizon des événements, les champs magnétiques, les vitesses relativistes — laissent des traces déchiffrables. Et chaque nouvelle méthode ne fait que renforcer le sentiment : le monde dans lequel nous existons est lié avec une précision et une complexité incroyables, et ce qui se passe dans ses profondeurs dépasse de loin les échelles qui nous sont familières.