Des astronomes indiens identifient la première radiogalaxie présentant quatre cycles d’activité d’un trou noir

Quatre générations de jets dans une galaxie gigantesque

Une galaxie qui s’étend sur environ 4,2 millions d’années-lumière a conservé les traces de quatre épisodes distincts d’activité autour de son trou noir supermassif central. Elle offre ainsi aux astronomes un témoignage exceptionnellement long sur les phases d’arrêt et de redémarrage d’un moteur cosmique.

Des chercheurs de l’Institut indien d’enseignement et de recherche scientifiques (IISER) de Pune et du Centre national d’astrophysique radio (NCRA-TIFR) ont identifié quatre paires de régions radio brillantes dans la galaxie en forme de S J023721.13-010528.5. Chaque paire est associée à une génération différente de jets, de puissants flux de particules énergétiques éjectés depuis la région entourant le trou noir.

L’équipe la décrit comme la première radiogalaxie connue présentant des traces de quatre épisodes de ce type. Sur les dizaines de milliers de radiogalaxies étudiées par les astronomes, la plupart montrent une seule grande période d’activité des jets. Six seulement avaient auparavant été identifiées comme présentant des traces de trois épisodes.

L’étude a été menée par Pavan Khadekar, doctorant à l’IISER de Pune, sous la direction de Dharam Vir Lal, du NCRA-TIFR, et de Ramana Athreya, de l’IISER de Pune. Ses résultats ont été annoncés comme publiés dans The Astrophysical Journal le 21 octobre 2026.

Que désigne le cycle d’activité d’un trou noir ?

Un trou noir supermassif peut avoir une masse des millions, voire des milliards de fois supérieure à celle du Soleil. La matière qui s’accumule autour de lui peut former un flux chaud en rotation. Une partie de l’énergie libérée dans cette région peut alimenter des jets qui s’étendent bien au-delà de la partie visible de la galaxie hôte.

Les astronomes parlent de radiogalaxie lorsque les structures associées à cette activité émettent fortement dans les longueurs d’onde radio. Les radiotélescopes détectent ce rayonnement et révèlent des caractéristiques qui peuvent échapper aux photographies ordinaires prises en lumière visible.

Les jets peuvent rester actifs pendant des millions d’années avant de s’affaiblir. Un redémarrage ultérieur peut en lancer une nouvelle paire alors que les structures plus anciennes restent détectables plus loin. Une galaxie peut ainsi conserver simultanément plusieurs générations d’activité, à la manière de marques successives dans un paysage qui témoignent d’événements survenus à différentes époques.

Pour J023721.13-010528.5, la principale découverte est la présence de quatre générations au sein d’un même système. Le trou noir reste en place au fil de ces épisodes ; ce qui change, c’est l’activité liée à la matière qui l’entoure et aux jets qu’elle alimente.

Comment l’équipe a reconstitué l’histoire de la galaxie

Khadekar et ses collègues ont combiné des observations du radiotélescope indien Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), du Very Large Array aux États-Unis et du télescope sud-africain MeerKAT. Ensemble, ces observations ont permis à l’équipe d’examiner la vaste structure radio de la galaxie et de distinguer les caractéristiques liées aux différents épisodes.

L’indice décisif était la présence de quatre paires de points chauds. Un point chaud est une région brillante associée à un jet, souvent située là où le flux rapide transfère de l’énergie à la matière environnante. Ces régions aident les astronomes à retracer le parcours d’un jet et ses interactions avec son environnement.

Quatre paires représentent huit régions brillantes réparties en quatre ensembles associés. Leur regroupement est important, car les jets émergent généralement en directions opposées depuis la région centrale. Les chercheurs ont interprété ces quatre ensembles comme les traces de générations distinctes, plutôt que d’un seul épisode continu.

Athreya n’était au départ pas convaincu que la galaxie ait atteint une quatrième phase d’activité, malgré l’insistance de Lal. Il a expliqué qu’il avait fallu du temps pour dégager des éléments convaincants. Cette vérification minutieuse a joué un rôle essentiel dans la découverte : pour identifier une quatrième génération, l’équipe devait établir comment les structures observées s’articulaient.

Une histoire qui se compte en millions d’années

L’âge estimé des générations de points chauds s’étend d’environ six à 21 millions d’années. Les chercheurs situent également le début du dernier épisode d’activité à quelques millions d’années. Ces estimations décrivent une histoire reconstituée à partir du rayonnement radio de la galaxie, et non des changements observés au cours d’une vie humaine.

La séquence générale est la suivante :

• Il y a environ 21 millions d’années : la borne la plus ancienne de la fourchette d’âge estimée des générations de jets observées.
• Il y a environ six millions d’années : la borne la plus récente de cette fourchette estimée.
• Il y a quelques millions d’années : début approximatif du quatrième épisode d’activité, le plus récent.
• Le 21 octobre 2026 : date de publication annoncée des résultats dans The Astrophysical Journal.

Les valeurs couvrent environ 15 millions d’années entre les bornes anciennes et récentes de la fourchette indiquée. Elles donnent une idée de l’ampleur temporelle du témoignage, même si les chercheurs n’ont pas établi un calendrier complet de chaque redémarrage ni des périodes de calme qui les séparent.

Les astronomes estiment l’âge des structures radio à partir de leurs propriétés physiques et de modèles décrivant leur évolution. En rayonnant et en se déplaçant, les particules énergétiques changent et laissent des indices dans le signal radio. Les âges obtenus restent des estimations : cette séquence doit donc être comprise à l’échelle de millions d’années.

Pourquoi quatre épisodes rendent cette galaxie exceptionnelle

J023721.13-010528.5 ajoute un quatrième chapitre à une histoire que les astronomes ont rarement pu retracer jusqu’à trois épisodes. Les six galaxies précédemment identifiées comme présentant trois épisodes témoignaient d’une activité répétée ; cet objet prolonge d’une génération la séquence observée.

L’échelle de la galaxie rend ce témoignage particulièrement frappant. Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en un an. Il faudrait donc environ 4,2 millions d’années à la lumière pour traverser une distance de 4,2 millions d’années-lumière. Ici, cette dimension désigne l’immense galaxie et sa structure radio.

Sa forme en S constitue un autre aspect de la géométrie observée. L’étude relève cette forme en même temps que les multiples paires de points chauds, mais le récit de la découverte n’établit pas la cause de cette courbure. Expliquer cette forme et reconstituer les cycles d’activité sont des tâches liées, qui nécessitent d’examiner la disposition des structures radio.

L’intérêt scientifique tient à la conservation de plusieurs épisodes successifs autour du même moteur central. Les chercheurs peuvent comparer ces générations au sein d’une seule galaxie, où elles partagent la même galaxie hôte et le même environnement, au lieu de s’appuyer uniquement sur des comparaisons entre différents objets.

Les jets deviennent-ils moins puissants ou plus courts ?

Les chercheurs avancent que les jets pourraient perdre en puissance, rester actifs moins longtemps, ou connaître ces deux changements au fil des épisodes successifs. Quatre générations offrent davantage de possibilités d’examiner cette hypothèse qu’une galaxie où un seul redémarrage est visible.

La puissance et la durée désignent deux choses différentes. Un jet moins puissant transmet de l’énergie plus lentement. Un épisode plus court en transmet pendant moins longtemps. L’un ou l’autre de ces changements peut modifier les structures laissées derrière, tandis que le gaz environnant peut aussi influer sur l’expansion et l’affaiblissement d’un jet.

L’hypothèse porte donc sur l’évolution possible de l’activité du trou noir au fil des épisodes répétés. La découverte fournit aux chercheurs un système où étudier ce phénomène, en comparant les vestiges plus anciens aux structures plus récentes.

La raison pour laquelle l’activité s’interrompt puis reprend à plusieurs reprises reste inconnue. La matière qui atteint la région centrale alimente le mécanisme à l’origine des jets ; les variations de cet apport sont donc importantes pour comprendre le cycle. Déterminer ce qui s’est passé dans cette galaxie nécessitera d’étudier davantage ses structures radio et son environnement.

Trois observatoires, un témoignage commun

La découverte s’appuie sur des observations réalisées par des instruments situés sur trois continents. Différentes observations radio peuvent aider les chercheurs à examiner à la fois des structures brillantes et compactes et des émissions étendues beaucoup plus faibles. Pour une galaxie présentant plusieurs générations d’activité, retrouver ces traces anciennes est essentiel à la reconstitution de son histoire.

Khadekar, doctorant à l’IISER de Pune et responsable de l’étude, a expliqué comment l’accès aux données des observatoires avait contribué aux travaux :

« De nombreux radiotélescopes mettent gratuitement leurs données à la disposition de chercheurs du monde entier. Cette approche collaborative des observatoires permet de mener des études plus complètes et d’utiliser les données plus efficacement : différents scientifiques peuvent exploiter les mêmes observations pour explorer des pistes différentes », a déclaré Khadekar.

La combinaison des observations du GMRT, du Very Large Array et de MeerKAT illustre cette approche. Une observation radio recueillie dans le cadre d’une étude peut aussi contenir des indices utiles à une autre, notamment des structures faibles dont l’importance apparaît lorsqu’on les examine avec d’autres données.

De nouvelles études portant sur des galaxies similaires pourraient aider à déterminer la fréquence des épisodes d’activité répétés et à savoir si les jets ultérieurs deviennent souvent moins puissants ou plus courts. Pour l’instant, J023721.13-010528.5 constitue un cas rare offrant quatre générations à étudier et prolonge l’histoire observée de l’activité répétée des trous noirs au-delà des exemples connus jusqu’ici.

Points clés

• Des chercheurs de l’IISER de Pune et du NCRA-TIFR ont identifié la première radiogalaxie connue présentant des traces de quatre épisodes distincts d’activité d’un trou noir.
• La galaxie en forme de S J023721.13-010528.5 s’étend sur environ 4,2 millions d’années-lumière.
• Quatre paires de points chauds retracent différentes générations de jets, dont l’âge est estimé entre six et 21 millions d’années.
• Le dernier épisode semble avoir débuté il y a quelques millions d’années.
• L’équipe a combiné des observations du GMRT indien, du Very Large Array aux États-Unis et du télescope sud-africain MeerKAT.
• Les chercheurs avancent que les jets successifs pourraient devenir moins puissants ou rester actifs moins longtemps. La cause de ces arrêts et redémarrages répétés reste inconnue.