Un exemple de galaxie active proche: la célèbre galaxie Centaurus A

la galaxie Centaurus A. site 'Amateur Astronomy'

La galaxie NGC 5128, dans la constellation du Centaure, est mieux connue sous le nom de "Centaurus A" voire, dans le monde anglo-saxon, sous le nom de "Cen A". Elle se trouve à 12 millions d'années-lumière et est la galaxie géante la plus proche de nous. C'est un objet qui fait souvent l'objet d'études par les astronomes professionnels. Elle a été l'une des premières radio-sources identifiée avec une galaxie. Centaurus A est une galaxie elliptique géante et l'une des galaxies actives les plus proches de nous; elle pourrait être le résultat de la collision de deux galaxies. On appelle "galaxie active" toute galaxie dont la région centrale émet de fortes émissions dans différentes longueurs d'onde. Ces émissions proviennent d'un gigantesque trou noir qui, dans le cas de Centaurus A est 55 millions de fois plus massif que le Soleil... Un aspect caractéristique d'une radio-galaxie -l'autre nom des galaxies actives- est la présence de fortes structures radio, à double lobe, autour d'une galaxie elliptique. Centaurus A est l'exemple parfait d'une telle galaxie. La forme courbée du disque de gaz et de poussière de Centaurus A est la preuve qu'il y a eu collision et fusion avec une autre galaxie dans le passé. Les ondes résultantes ont compressé les nuages d'hydrogène, déclenchant une nouvelle formation d'étoiles à un rythme accéléré. Le centre de la galaxie abrite un trou noir supermassif qui lance des jets de gaz à haute vitesse dans l'espace. Des jets de gaz super-chaud se déplaçant à près de la vitesse de la lumière, d'une façon générale, ont longtemps été associés avec les coeurs de galaxies elliptiques géantes ou les galaxies en train de fusionner. Par ailleurs, une classe grandissante en nombre de spirales inhabituelles, avec des jets radio intenses, continue de poser des questions significatives sur le point de savoir comment ces jets sont produits au sein des galaxies et comment ils sont éjectés dans l'espace

Le trou noir galactique, qui pèse 10 millions de masses solaires, détourne une partie de la matière qui tombe vers lui et cela produit deux jets polaires opposés. Ces jets sont composés de particules magnétisées qui se déplacent près de la vitesse de la lumière. Ces jets interagissent avec la matière interstellaire environnante mais aussi avec le noyau intensément actif ainsi que son grand halo gazeux. Sur une durée de dizaines de millions d'années, les jets de Centaurus A se sont développés en deux gigantesques lobes remplis de champs magnétiques et de particules qui sont observés sous la forme des deux lobes radio de la galaxie. Ces bulles-radio sont créées par le fait que des électrons animés d'une grande vitesse parcourent les lignes entremêlées des champs magnétiques des deux jets. Dans le cas de la galaxie Centaurus A, les lobes-radio s'étirent sur plus d'1,4 million d'années-lumière. Si l'on pouvait voir le ciel des nuits dans les ondes radio, Centaurus A serait l'un des objets les plus importants et les plus brillants, d'une taille de 20 fois la Pleine Lune. Les lobes sont remplis de la matière qui est transportée par les jets; la matière, près de la base de ces jets a une vitesse d'un tiers de la vitesse de la lumière via des processus qu'on ne comprend pas encore totalement. Les jets peuvent, par intervalles, modifier le taux de formation des étoiles dans la galaxie

la galaxie Centaurus A avec ses jets et ses lobes radio; les jets mesurent chacun 4,16 années-lumière. site 'Amateur Astronomy' sur la base d'une image ESO/WFI (visible), MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microwave) et NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray)

Et ce n'est pas tout! Une étude de 2010 a montré que les lobes-radio de Centaurus A produisent aussi des rayons-gamma dont l'importance est de plus de dix fois celle de l'émission radio... Si la radio-astronomie n'avait pas été la première à apparaître, les astronomes auraient sans doute classé Centaurus A non pas comme une galaxie radio mais comme une "galaxie rayons-gamma"! Les rayons-gamma sont la forme la plus énergétique de la lumière. La production énorme de ces rayons que l'on observe à Centaurus A est due au fait que l'Univers est parcouru de photons radio à basse énergie, ou d'autres radiations de basse énergie qui proviennent soit de l'omniprésente radiation cosmique de fond micro-onde soit de la lumière infra-rouge ou visible des étoiles des galaxies. Lorqu'un de ces photons vient à rencontrer, dans un lobe-radio d'une galaxie active, une des particules magnétisées qui s'y déplacent à grande vitesse, il en reçoit une telle accélération d'énergie qu'il en devient un rayon-gamma. On appelle le processus la "dispersion Compton inversée" et il s'agit de la façon habituelle dont les rayons-gamma sont produits. Dans beaucoup de galaxies actives, le processus produit des rayons-X. Mais dans Centaurus A, les astronomes ont vu, pour la première fois que des photons micro-ondes peuvent être transformés en rayons-gamma. Une autre étude a également observé une radiation de haute énergie plus forte encore émanant de la région centrale de Cen 1; elle est des milliards de fois plus énergétique que les ondes radio; d'où vient cette radiation reste un mystère

Un autre exemple d'une galaxie radio puissante est la galaxie elliptique Hercules A (ou 3C 348). Des jets spectaculaires sont éjectés du trou noir supermassif de la galaxie, laquelle est 1000 fois plus massive que la Galaxie et contient ce trou noir de 2,5 milliards de masses solaires (soit 1000 fois plus grand que celui de la Galaxie...). Hercules A est l'une des sources radio extra-galactiques les plus lumineuses de l'Univers. On ne trouve pas ces radio-galaxies habituellement dans de grands amas de galaxies mais plutôt dans des groupes relativement petits. Le trou noir émet des jets de particules énergisées qui produisent des lobes d'émission radio. La taille des lobes est énorme comparée à la galaxie même et s'étendent dans tout le groupe de galaxies. Les jets d'Hercules A mesurent 1,5 million d'années-lumière chacun et sont des faisceaux de plasma à très haute énergie de particules et de champs magnétiques propulsés depuis le trou noir à près de la vitesse de la lumière. Les parties extérieures des jets montrent des structures inhabituelles, en anneau, qui laissent penser à des épisodes multiples d'activité du trou noir. Les parties internes ne sont pas visibles du fait de la vitesse extrême des jets: les effets relativistes entraînent la lumière loin de nous. Plus loin, les jets deviennent instables et se fracturent en anneaux et filaments. Toute la radio-source est entourée d'un nuage de gaz très chaud, qui émet dans les rayons X (qu'on ne voit pas dans l'illustration ci-dessous). Hercules A possède aussi une galaxie elliptique compagnon, très proche, qui pourrait bien être en train de fusionner avec la galaxie principale. Plusieurs autres galaxies elliptiques et spirales se trouvent dans les environs et pourraient faire partie d'un amas de galaxies

la galaxie Hercules A est un radio-galaxie encore plus grande!. site 'Amateur Astronomy' sur la base d'une image NASA, ESA, S. Baum and C. O'Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), et Hubble Heritage Team (STScI/AURA)