NGC 4151 — Mise en évidence d’un jet relativiste dans « l’Œil de Sauron »

Notre équipe est fière de vous présenter cette image de NGC 4151, un noyau actif de galaxie remarquable, souvent surnommé « l’Œil de Sauron ».

Avec Guillaume, Dan, et Eddie, nous sommes 4 à unir nos télescopes de 250 mm pour explorer des cibles à fort intérêt astrophysique.

Le défi est que ce travail est réalisé depuis Paris — une ville dont le surnom, « Ville Lumière », prend ici tout son sens en matière de pollution lumineuse.

Souvent appelée l’Œil de Sauron, NGC 4151 est l’un des noyaux actifs de galaxie (AGN) les plus proches et les plus lumineux, situé à environ 60 millions d’années-lumière.

Cette galaxie de type Seyfert abrite un trou noir supermassif en cours d’accrétion, ce qui en fait un objet clé pour l’étude de la physique des noyaux galactiques.

Mise en évidence d’une structure de type jet

Une structure allongée et faible peut être identifiée émergeant de la région centrale.

Bien que ce jet ait déjà été détecté par certains astrophotographes amateurs, notre objectif était de montrer qu’il est possible de le révéler avec du matériel amateur, même sous une forte pollution lumineuse.

Elle est clairement détectée dans les couches B et G, tandis qu’elle est nettement plus faible, voire absente, en R.

Ce comportement a été vérifié par inspection indépendante de chaque canal.

Cette signature chromatique souligne que la structure n’est pas un artefact de traitement, mais bien un signal physique réel.

Comme le montrent ces images, la structure est systématiquement détectée dans les masters B et G, traités indépendamment, tout en restant absente en R. Son alignement avec le noyau galactique et sa dépendance à la longueur d’onde sont incompatibles avec des artefacts classiques de traitement tels que les rebonds de déconvolution, un mauvais alignement des couches ou des structures de bruit aléatoire, ce qui renforce son interprétation comme un signal astrophysique authentique.

Champs magnétiques, émission synchrotron et gaz ionisé

La structure détectée semble alignée avec l’axe connu des petits jets radio émergeant à proximité du trou noir central.

Dans ces systèmes, les champs magnétiques jouent un rôle fondamental :

• Ils extraient l’énergie de rotation du trou noir et du disque d’accrétion ;
• Ils collimatent et stabilisent les écoulements relativistes ;
• Et ils produisent une émission par rayonnement synchrotron, généré par des électrons relativistes spiralant le long des lignes de champ magnétique.

Si l’émission synchrotron trace les jets eux-mêmes (principalement en radio), les structures observées ici sont plus probablement associées à du gaz ionisé dans la région à raies étroites, dominée par l’émission [O III], qui apparaît naturellement dans les canaux bleu-vert.

L’interaction des jets émettant en synchrotron avec le milieu environnant peut comprimer, chauffer et exciter ce gaz, produisant ainsi les structures allongées observées.

Ces structures ne sont donc pas les jets eux-mêmes, mais l’empreinte visible de leur interaction avec la matière environnante — une signature indirecte de leur présence.

Contexte astrophysique — jets relativistes et blazars proches

Les noyaux actifs de galaxies peuvent produire des jets relativistes, dans lesquels le plasma est accéléré à des vitesses proches de celle de la lumière.

Lorsque l’un de ces jets est orienté vers l’observateur, les effets relativistes amplifient l’émission via le beaming relativiste, phénomène responsable de l’extrême luminosité des blazars.

Bien que NGC 4151 ne soit pas classée comme un blazar, elle est connue pour héberger une activité de jet, et cette observation pourrait mettre en évidence la présence de processus énergétiques dans son noyau.

De manière intéressante, deux objets BL Lac brillants en gamma — 4FGL J1210.3+3928 et 4FGL J1211.6+3901 — sont situés très près de NGC 4151 sur le ciel (à moins d’une fraction de degré). Bien qu’ils puissent contribuer aux observations à haute énergie dans cette région, leur séparation angulaire rend peu probable qu’ils soient liés aux structures compactes observées ici, qui restent cohérentes avec des structures intrinsèques à NGC 4151.

De telles structures sont souvent prises à tort pour les jets eux-mêmes, alors qu’elles tracent en réalité le gaz éclairé et structuré par ceux-ci à l’intérieur des cônes d’ionisation.

Pourquoi cette détection est difficile

La détection d’une telle structure est particulièrement exigeante car :

• La structure est extrêmement faible comparée au cœur galactique ;
• Son signal est proche du niveau de bruit ;
• Et elle nécessite une validation rigoureuse sur plusieurs canaux.

La détection préférentielle aux courtes longueurs d’onde est cohérente avec une émission de gaz ionisé, potentiellement influencée par des processus énergétiques issus du moteur central.

Un suivi intéressant serait de réaliser une imagerie en bande étroite [O III] afin de confirmer la nature du gaz ionisé mis en évidence par le jet.

Cette image va au-delà d’un simple portrait d’une galaxie de type Seyfert.

Elle révèle un aperçu des interactions complexes entre écoulements relativistes, champs magnétiques et gaz ionisé dans l’environnement immédiat d’un trou noir supermassif — où la présence des jets peut être déduite non seulement par leur émission directe, mais aussi par les structures qu’ils sculptent dans leur environnement.