Radio Monitoring of the Changing-look AGN Mrk 590 I: VLA Observations Reveal A Bow-shock Driven Radio Brightening Event

Les noyaux actifs de galaxies sont les cœurs brillants et énergétiques de galaxies lointaines, alimentés par des trous noirs supermassifs qui consomment le gaz et la poussière environnants. Bien que ces moteurs cosmiques soient généralement constants, un sous-ensemble rare connu sous le nom de noyaux actifs de galaxies à « changement d'aspect » (changing-look) peut subir des transformations spectaculaires, passant soudainement d'états brillants et actifs à un quasi-silence, ou se rallumant après des années de dormance. Ces changements sont bien documentés dans la lumière visible, l'ultraviolet et les rayons X, où les astronomes peuvent voir directement le disque d'accrétion — le disque tourbillonnant de matière alimentant le trou noir — changer de comportement. Cependant, les ondes radio émises par ces mêmes objets, qui tracent souvent de puissants jets de particules projetés hors du trou noir, sont restées un mystère. Les scientifiques se sont longtemps demandé si les jets radio répondent de manière synchrone à l'alimentation du disque, ou s'ils opèrent selon leur propre calendrier distinct. Comprendre cette relation est crucial car cela révèle comment l'énergie passe des environs immédiats d'un trou noir vers l'espace vaste de sa galaxie hôte.

Dans une étude récente, des chercheurs ont porté leur attention sur Mrk 590, un noyau actif de galaxie à « changement d'aspect » qui s'est fameusement affaibli au cours de plusieurs décennies avant de commencer à s'éclaircir de nouveau en 2017. Pour comprendre ce qui se passait lors de cette transition des émissions radio, l'équipe a utilisé le Karl G. Jansky Very Large Array, un immense radiotélescope situé dans le Nouveau-Mexique, pour observer la galaxie à quatre moments différents entre 2015 et 2017. Ils ont réglé le télescope pour écouter sur une large gamme de fréquences radio, de 1 à 17 gigahertz, créant une image détaillée de la source radio de la galaxie. Ce qu'ils ont découvert, c'est un cœur compact et brillant qui a changé de manière significative au fil du temps. En 2015, le spectre radio — la façon dont la luminosité changeait à travers différentes fréquences — présentait une bosse distincte, suggérant que les ondes radio étaient absorbées par quelque chose de proche. En 2016 et 2017, alors que la galaxie commençait à se réveiller en lumière visible, la source radio ne s'est pas contentée de devenir plus brillante ; sa forme a changé, devenant une pente constante et ascendante qui indiquait qu'une nouvelle source d'énergie puissante était en train d'émerger.

Pour déterminer ce qui pilotait cet éclaircissement radio, l'équipe a construit des modèles informatiques sophistiqués pour tester différentes explications physiques. Ils ont d'abord considéré si les changements étaient causés par le milieu interstellaire de notre propre galaxie, la Voie lactée, qui peut parfois agir comme une lentille pour magnifier des sources radio lointaines. Cependant, le rythme des changements était bien trop lent pour cet effet, qui se produit généralement sur des heures, et non des mois. Ils ont également testé l'idée qu'une étoile aurait été déchiquetée par le trou noir, un événement connu sous le nom d'événement de rupture par effet de marée. Cette hypothèse a été écartée car l'éclaircissement radio a commencé au moins un an avant que la lumière visible ne s'intensifie, alors que dans les événements de rupture par effet de marée connus, le signal radio suit toujours la lumière. L'explication la plus probable, soutenue par leur analyse statistique, est qu'un choc frontal (bow shock) pilote la variabilité. À mesure que le jet radio de la galaxie pousse vers l'extérieur, il percute le gaz dense de la galaxie hôte, créant un front de choc similaire à la vague d'eau devant un bateau rapide. Cette collision comprime les champs magnétiques et accélère les électrons, générant une nouvelle salve d'ondes radio qui provoque l'éclaircissement observé.

Les chercheurs ont également examiné si cette activité radio était directement liée à la frénésie alimentaire du trou noir qui a causé le réveil de la galaxie en 2017. En calculant la taille de la région où les changements radio se produisaient, ils ont déterminé que celle-ci était située bien plus loin du trou noir central que le disque d'accrétion lui-même. Cette séparation spatiale suggère que l'éclaircissement radio et l'éclaircissement optique ne font pas partie du même événement immédiat. Tandis que le disque d'alimentation de la galaxie changeait d'état et s'illuminait en lumière visible, le jet radio subissait un événement séparé et indépendant, piloté par son interaction avec le gaz de la galaxie environnante. Cette découverte souligne la diversité des noyaux actifs de galaxies à « changement d'aspect » ; contrairement à d'autres galaxies où les émissions radio et lumineuses augmentent et diminuent ensemble, Mrk 590 montre que ces différents types d'activités cosmiques peuvent être pilotés par des mécanismes distincts. L'étude conclut que, bien que le trou noir soit effectivement en train de rallumer son moteur, les ondes radio que nous voyons racontent une histoire différente, celle d'un jet poussant à travers le paysage cosmique et créant ses propres ondes de choc, indépendamment des habitudes alimentaires immédiates du trou noir.