Sagittarius A*, le centre de la Galaxie

Sagittarius A* (qu'on prononce, en anglais, "Sagittarius A-star") est un anneau incliné de gaz et de poussière qui orbite autour du trou noir galactique de la Galaxie. Le champ magnétique y est si fort qu'il peut contenir les mouvements du gaz et qu'il peut -ou pas- le diriger en direction du trou noir. Par le biais des instruments dans l'infra-rouge ou les rayons X, les astronomes sont maintenant capable d'explorer ces régions qui, jusque là, restaient ensevelies sous la poussière. Là se trouve le trou noir super-massif, de la taille de l'orbite de Mercure et 4 millions de fois plus massif que le Soleil, qui constitue en quelque sorte le centre de gravité de la Galaxie. Quelques étoiles sont très proches du trou noir et orbitent autour de lui et, plus, loin, toute la région est sans aucun doute la zone la plus compliquée et la plus peuplée de notre Galaxie. Dans un espace que quelques années-lumière, des centaines de milliers d'étoiles voire des millions sont entassées dans un nuage de gaz et de poussière (par comparaison, dans le même espace, dans notre environnement, on ne trouve qu'une seule étoile, le Soleil). Des dizaines d'étoiles géantes avec de forts vents stellaires se trouvent dans une région de quelques années-lumière autour de Sgr A*; ces vents fournissent une réserve de matériau sur laquelle le trou noir supermassif peut potentiellement se nourrir. Des blocs de gaz circulent à 30% de la vitesse de la lumière sur une orbite circulaire qui se trouve juste à la limite de l'horizon évènementiel de Sagittarius A*, à proximité du point de non retour. Des interactions magnétiques ont également lieu dans le gaz à très haute température qui orbite très près du trou noir. Jusqu'à présent, on n'a pas encore pu imager le trou noir supermassif de la Galaxie, la région dite "Sagittarius A*". On a cependant observé la vitesse importante des étoiles qui en sont le plus proche, avec des vitesses qui peuvent atteindre 5000 km/s (3000 miles/s) sur une orbite de 16 ans. Le trou noir aurait la taille de l'orbite de Mercure et une masse équivalente à celle de 4 millions de Soleil. Un projet international récent, le "Event Horizon Telescope", va assembler plusieurs instruments pour obtenir un interféromètre géant, lequel aura assez de résolution pour donner une image de Sagittarius A*. La recherche de Sagittarius A* (en abrégé "Sgr A*") a également des implications pour ce qui est des relations entre la Relativité et la mécanique quantique car les deux théories sont nécessaires pour décrire les trous noirs d'une façon générale. Le trou de notre Galaxie est un trou noir calme; il ne produit que quelques poussées de rayons X lorsqu'il vient à engloutir un objet céleste qui serait passé trop près. Sgr A*, par ailleurs, produit régulièrement de brèves poussées rayons X tous les 5 à 10 jours. La preuve de l'existence du trou noir central de notre Galaxie fut fait via des études, éagrave; partir du milieu des années 1990, des orbites des étoiles qui se trouvaient dans un amas dense situé préegrave;s de l'emplacement suspecté du trou noir. Le rayon et la durée des orbites a permis de définir sa masse, et leur plus proche approche la limite supérieure de celle-ci. Même de jeunes étoiles orbitent à proximité du trou noir et aucune explication satisfaisante ne peut en éecirc;tre donnée non plus que pour quelles raisons des étoiles, d'une façon générale, se trouvent là. Près du trou noir galactique se trouve un pulsar et il est possible qu'une population d'autres étoiles mortes de types divers s'y trouve aussi, le tout produisant une émission rayons X. Cette émission diffuse pourrait également consister en rayons cosmiques provenant du trou noir. On a également trouvé un objet inconnu, chaud, rouge et de trois masses terrestres qui se dirige droit sur le trou noir galactique (il devrait l'atteindre éagrave; l'automne 2013 -ou plus tard). Cet objet pourrait être soit un nuage de gaz soit une étoile se déplaçant dans un tel nuage, ce qui pourrait laisser penser qu'une série de nuages de gaz orbitent le trou noir galactique et sont probablement les restes d'une étoile qui a été dévorée par ce dernier. Un trou noir de masse intermédiaire, de 32000 fois la masse du Soleil pourrait exister près du centre la Galaxie, à 20 années-lumière de ce dernier

la zone de 300 années-lumière qui entoure Sagittarius A* au centre de la Galaxie; image dans le proche infra-rouge, l'infra-rouge et les rayons-X (à droite et dans l'infra-rouge (à gauche). site 'Amateur Astronomy'

Pour ce qui est du trou noir supermassif, il s'agit d'une source puissante de radiation. Le trou noir galactique de notre Galaxie connaît des bouffées de courte durée qui sont fortement influencées par l'interaction du trou noir avec la densité accrue du gaz qui se trouve dans une zone moléculaire centrale (qui est en forme d'anneau). Une région de dimension 200 parsecs se caractérise par de grandes quantités de gaz moléculaire chaud, un taux élevé d'ionisation de rayons cosmiques, une chimie des gaz inhabituelle, une émission synchrotron plus importante et une multitude de filaments magnétisés émetteurs d'ondes radio. Une structure en bulle bipolaire, de dimensions 140x430 parsecs, s'étendant au-dessus et en-dessous le plan galactique et apparemment associée au centre galactique, existe dans cette zone et a vraisemblablement été créée par un évènements énergétique s'étant produit dans ce dernier il y a quelques millions d'années. Il s'agit d'un trou noir galactique enchâssé au sein d'un tore de poussière. Tous les trous noirs se caractérisent par un disque d'accrétion qui les entoure et où la matière qui y tombe orbite avant d'être définitivement ingérée par le trou noir. Le disque d'accrétion est lui-même entouré de cette structure de poussière sombre que l'on appelle un tore. Le trou noir de la Galaxie n'ingère que 0,1% du matériau que lui apportent les vents stellaires des étoiles qui l'avoisinent car ces vents pourraient bein être contenu par un phénomène de conduction: les collisions entre particules à proximité de la région intérieure et chaude -qui est le célèbre "horizon" du trou noir- transfèrent, par conduction, de l'énergie à celles qui se trouvent dans la région extérieure, plus froide où se trouvent les étoiles qui servent à alimenter le trou noir. On a observé aussi une "brume" autour du centre de la Galaxie qui contient du gaz froid et des électrons accélérés par les champs magnétiques. Le trou noir de la Galaxie, de plus, est entouré de deux lobes de gaz chaud qui mesurent, chacun, une dizaine d'années-lumière. Ces lobes sont vraisemblablement la preuve que le trou noir a plusieurs fois connu des éruptions importantes au cours des dix derniers milliers d'années. De mystérieux filaments de rayons-X autour du trou noir, par ailleurs, pourraient être d'énormes structures magnétiques qui interagissent avec les courants d'électrons énergétiques qui sont produits par des étoiles à neutrons en rotation rapide sur elle-mêmes à proximité de Sgr A* et que l'on appelle des nébuleuses de vent stellaire pulsar. Le dernier épisode d'activité du trou noir de la Galaxie a eu lieu il y a 300 ans et a été dû à une étoile géante qui a explosé peu loin de lui et y a envoyé un flot de gaz. Cela a déclenché un réveil temporaire du trou noir qui, sinon, est un trou noir galactique peu actif (le regain d'activité de Sgr A* continue d'affecter la région même si elle s'est terminée il y a environ un siècle). Les astronomes cependant suspectent qu'il pourrait se réveiller -dans un futur indéterminé- déclenchant, autour de lui, une intense formation d'étoiles puis deux jets polaires. Un jet de particules à haute énergie est actuellement produit par Sgr A* et il a créé un front de choc qui résulte ce ce que le jet se heurte à du gaz situé à plusieurs années-lumière. Un flux plus faible existe aussi; ce pourrait être un cocon entourant le jet (avec un angle de 25°). 25 étoiles Wolf-Rayet orbitent à moins d'1,5 année-lumière de Sgr A* et elles éjectent des vents stellaires en permanence, qui emportent une partie de leurs couches extérieures. Ces vents entrent en collision les uns avec les autres et produisent des ondes de choc semblables à des boums supersoniques lesquels emplissent la zone et échauffent le gaz à des millions de degrés; ensuite, une partie de ce matériau tombe en spiralant vers Sgr A*. La gravitation étire ces blocs de matière lorsqu'ils s'approchent du trou noir galactique. La zone de Sgr A* peut être dans un état stable et calme ou être plus violente, lorsque le trou éjecte du matériau; alors, il balaie une partie du gaz émis par les vents des étoiles Wolf-Rayet et éteint l'accrétion des blocs de matériau. Ces épisodes d'activité font que des rayons X forment un disque d'un rayon de 0,6 année-lumière autour de Sgr A

->La question de l'objet G2
Un taux accru de flares dans les rayons X provient de Sagittarius A* qui, d'habitude est calme; l'observation pourrait venir d'une surveillance limitée ou pourrait avoir été déclenchée par le passage rapproché récent d'un objet mystérieux et poussièreux. Sgr A* produit un flare brillant rayons X tous les 10 jours alors que l'activité récente, à la mi-2015, représente une activité multipliée par 10, à 1 flare tous les jours. Cet accroissement a eu lieu peu après le passage rapproché à Sgr A* d'un mystérieux objet dit "G2". Au départ, on pensait que G2 était un grand nuage de gaz et de poussière. Cependant, après être passé près de Sgr A* fin 2013, il n'a pas vraiment changé d'apparence sinon d'avoir été légèrement étiré par la gravité du trou noir. De là, de nouvelles théories ont été émises que G2 n'était pas simplement un nuage de gaz mais plutôt une étoile baignée d'un grand cocon de poussière. Il n'y a pas accord sur ce qu'est l'objet G2. L'accroissement d'activité, d'une façon générale, est commune chez les autres trous noirs galactiques. L'activité accrue dans les rayons X pourrait ne pas être due à G2 mais, par exemple, à un changement accru dans la force des vents stellaires des étoiles massives proches, lesquelles nourrissent le trou noir avec ce matériau. Les objets G -"les" car on en a observé d'autres- ont les caractéristiques de nuages de gaz et de poussière mais les propriétés dynamiques d'objets de masse stellaire

->. voyez une vue détaillées des images exposées plus haut: la zone de 300 années-lumière qui entoure Sagittarius A* vue dans une image combinée d'images prises par les télescopes Hubble, Spitzer et Chandra de la NASA (à gauche) et une image combinée d'images prises par la caméra dans l'infra-rouge NICMOS du télescope spatial Hubble et la caméra infra-rouge IRAC du télescope Spitzer (à droite). Les deux vues sont à la même échelle. Elles représentent une zone de 300 années-lumière par 115. La région en base à droite montre des piliers de gaz sculptés par les vents d'étoiles massives et chaude de l'amas Quintuplet. Au centre de l'image, du gaz ionisé entoure le trou noir super-massif au centre de la Galaxie où il est confiné alors que des structures magnétiques, en haut à gauche, de grands arcs de gaz ionisé qui se résolvent en réseaux de filaments linéaires organisés indiquent peut-être qu'on a là de forts champs magnétiques. Les amas Central, Arches et Quintuplet sont les fortes concentrentations d'étoiles massives et lumineuses qui se voient dans l'image du bas. site 'Amateur Astronomy'

La position et la masse du trou noir supermassif de la Galaxie sont connus, depuis 2002, via des mesures précises du déplacement des étoiles qui orbitent autour de lui. Toute la région qui entoure Sgr A* dans un diamètre de 300 années-lumière est densément peuplée de régions d'étoiles en formation, de jeunes étoiles chaudes ou de veilles étoiles froides et se voient aussi les restes des restes de supernova avec trou noir stellaire. S'étendant sur 190 années-lumière, près de Sgr A*, existent un ensemble de filaments de gaz ionisé longs et fin, qui émettent des ondes radio. Un anneau d'aux alentours de 10 années-lumière de diamètre joue un rôle-clé pour apporter du matériau au trou noir supermassif de la Galaxie mais comment le matériau s'y renouvelle est encore mal compris. Des milliers de trous noirs de masse stellaire se trouvent dans un rayon de 3 années-lumière de Sgr 1* (et connaître ce nombre aidera à mieux prédire la façon dont de nombreux évènements gravitationnels peuvent leur être associés dans cette région). Toute cette activité se produit dans l'environnement surpeuplé et hostile du coeur de la Galaxie. Des structures complexes du gaz ionisé qui orbite autour de ces 300 années-lumière ou de forts champs magnétiques jouant un rôle important se voient également. Toute la région baigne dans une brume bleue, diffuse, de rayons-X. Le gaz de la région, en effet, est chauffé à des millions de degrés aussi bien par les émissions qui viennent du trou noir galactique que par les vents d'étoiles massives ou les explosions de supernovas. Les vues dans l'infra-rouge montrent plus d'une centaine de miliers d'étoiles qui, avec des nuages de gaz brillants, créent des structures complexes qui comprennent des globules, de longs filaments ou des "piliers de la création". Là, des étoiles nouvellement apparues commencent d'émerger de leurs cocons de poussière... Des étoiles massives existent également dans le centre de la Galaxie et elles sont essentiellement concentrées en trois amas, les amas Central, Arches et Quintuplet même si certaines se forment aussi seules ou se sont retrouvées isolées lorsque l'amas où elles était nées s'est dispersé sous l'effet de fortes forces gravitationnelles. Les vents et les radiations de ces étoiles massives forment des structures complexes et, dans certains, ils peuvent déclencher la formation de nouvelles générations d'étoiles. On a pu, Via le télescope embarqué SOFIA ("Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy"), visualiser l'anneau circum-nucléaire de la Galaxie ou CNR, un anneau de nuages de gaz et de poussière de 7 années-lumière de diamiètre qui entoure le trou noir supermassif, ainsi que le voisin amas Quintuplet, un amas de jeunes étoiles extrêmement brillantes enchâssées dans des cocons de poussière. Le centre de la Galaxie contient, d'une façon générale, plusieurs amas d'étoiles exceptionnellement grands, qui contiennent les étoiles les plus lumineuses de la Galaxie, ce qui est dû à une activité importante qui y a eu lieu au cours des derniers 4 à 6 millions d'années et qui a entraîné plusieurs épisodes de formation stellaire. Ainsi les amas Central et Quintuplet. Le gaz moléculaire dans la région la plus intérieure de la Galaxie est très chaud. Au moins une partie est à 1000°C (1832°F), soit beaucoup plus que la plupart des nuages interstellaires qui ne sont que de quelques dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu. Il contient aussi une grande variété de molécules simples dont du monoxyde de carbone, de la vapeur d'eau et du cyanure d'hydrogene. Une partie de la chaleur provient d'une forte radiation ultraviolette venant d'un amas d'étoiles massives qui est situé très près du centre de la Galaxie; l'émission d'ondes de choc qui ont lieu dans le gaz fortement magnétisé pourrait aussi contribuer fortement. Ces ondes de choc peuvent provenir de collision entre nuages de gaz, ou se trouver dans du matériau qui s'écoule à haute vitesse d'étoiles ou de proto-étoiles, par exemple. Ces observations sont aussi en cohérence avec des filaments de gaz chaud qui seraient en accélération en direction de Sgr A*. Deux lobes de gaz chaud s'étendent au-dessus et en-dessous le trou noir central de la Galaxie et pourraient résulter soit directement de celui-ci (lequel rejette la plupart du matériau qu'il ingère) soit de l'effet cumulatif des nombreux vents stellaires et explosions supernovas qui se produisent dans l'environnement dense. Une grande structure elliptique qui se trouve aux alentours est une super-bulle de gaz chaud, vraisemblablement le résultat de plusieurs explosions supernovas en son centre. Une autre énorme poche de gas chaud, dit, en anglais, la "Arc Bubble", existe aussi. Le plasma chaud qui se trouve aussi dans cette région pourrait résulter de flux provenant de la formation d'étoiles dans toute la zone centrale de la Galaxie ou de l'activité passée du trou noir

le noyau de la Galaxie (à gauche) montrant l'anneau circum-nucléaire (CNR) de nuages de gaz et de poussière autour du trou noir supermassif. La structure brillante doit être du matériau qui chute de l'anneau vers le trou noir, lequel se trouve là où les bras de la structure se croisent; à droite la région comprenant l'amas Quintuplet, un groupe d'éétoiles jeunes, sur la droite de l'image, à 35 parsecs (100 années-lumière) du noyau de la Galaxie. site 'Amateur Astronomy' sur la base d'images NASA/SOFIA/FORCAST team/Lau et al. (à gauche) and NASA/SOFIA/Hankins et al. (à droite)

->Plus sur la population du centre de la Galaxie
Les étoiles massives ne se confinent pas à celles des trois amas d'étoiles massives du centre de la Galaxie, que l'on connaˆt sous le nom d'Amas central, amas des Arches et Amas du quintuplet (en anglais: "Central cluster", "Arches cluster", "Quintuplet cluster"). Les étoiles massives isolées bien présentes dans le champ et peuvent s'être formées isolément ou être nées au milieu d'amas qui ont ensuite été désagrégé de fortes forces gravitationnelles. Les vents et les radiations de ces étoiles forment des structures complexes et, dans certains cas, elles peuvent enclencher la formation de nouvelles générations d'étoiles. De grands arcs de gaz ionisé, qui se résolvent en ensembles de filaments linéaires organisés indiquent aussi que l'influence de forts champs magnétiques locaux joue aussi un rôle critique. Au centre, le gaz ionisé qui entoure le trou noir supermassif du centre de la Galaxie se confine en une spirale brillante enchâssée dans un tore intérieur, poussiéreux, en forme de tube qui l'entoure

Un anneau géométriquement déformé de gaz dense se trouve au centre de la Galaxie. Il s'agit de l'"anneau interne"; il est composé d'un tube dense de gaz froid mélangé de poussière et de nouvelles étoiles s'y forment. Il s'étend sur plus de 600 années-lumière et il a, remarquablement, dans l'infrarouge, la forme du signe "infini" en mathématique -ou un 8 couché. C'est une bande continue d'amas de matériau dense et froid et il abrite un grand nombre de régions de formation d'étoiles et d'étoiles jeunes; la zone fait partie de la 'Central Molecular Zone' ("zone moléculaire centrale"), une région de nuages moléculaires. L'anneau est également légèrement décalé par rapport à "Sagittarius A*", le centre de la Galaxie. Précisément, l'anneau se trouve au centre de la barre de la Galaxie et la barre elle-même se trouve dans un anneau encore plus grand. De telles caractéristiques se retrouvent également dans les autres galaxies. On comprend mal encore comment se forment les barres et les anneaux des galaxies spirales mais les simulations informatiques montrent que les interactions gravitationnelles -y compris entre deux galaxies différentes- peuvent être à l'origine de ces structures. Si on ne compte pas la matière noire, la Galaxie pèse entre 150 et 300 milliards la masse du Soleil mais les observations ne trouvaient pas 65 milliards. Une bulle massive, d'une température extrêmement chaude, de gaz qui est en expansion dans le voisinage de Sagittarius A* pourrait en rendre compte. Il y a 6 millions d'années, le trou noir supermassif de la Galaxie absorbait l'essentiel de son environnement, créant un bulle relativement vide mais le trou noir, dans le même temps, a aussi induit du gaz à basse densité dans cette cavité, composé de beaucoup d'oxygène et probablement aussi d'hydrogène et d'autres éléments. Cette bulle de gaz est en expansion à une vitesse d'1 million de km/h et elle atteindra la Terre dans quelques millions d'années; cependant elle est beaucoup moins dense que le milieu interstellaire et, en arrivant à la Terre, elle sera encore moins dense

Le centre de la Galaxie peut se voir, à l'oeil nu ou à l'aide de jumelles ou d'instruments plus importants, dans la constellation du Sagittaire