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Les battements de coeur du plus petit trou noir connu

ActualitéClassé sous :Astronomie , GRS 1915 , IGR J17091-3624

En utilisant le Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE), satellite de la Nasa observant les astres dans le domaine des rayons X, un groupe d'astrophysiciens vient de trouver ce qui semble être le plus petit trou noir connu. Sa courbe de luminosité périodique fait penser à celle d'un électrocardiogramme.

Le trou noir GRS 1915+105 en haut à gauche de l'image est observé en rayons X par Chandra. Le reste de l'image est dans le visible. En bas à droite, on voit sa courbe de luminosité avec des pics périodiques. © rayons X (Nasa/CXC/Harvard/J. Neilsen et al.); visible (Palomar DSS2)

Les trous noirs stellaires se forment à l'occasion de l'effondrement gravitationnel d'une étoile massive. Notre Soleil, lui, est trop léger pour devenir un jour un trou noir, d'autant plus qu'il perdra de la masse à la fin de sa vie avant de se transformer en naine blanche. On a de bonnes raisons de penser qu'il faut qu'une étoile dépasse plusieurs dizaines de fois la masse du Soleil pour pouvoir se transformer en trou noir.

Classiquement, lorsque cela se produit, l'étoile explose en supernova. Mais de récentes études, en ce qui concerne le trou noir Cygnus X1, laissent entendre que ce n'est pas toujours le cas. Toujours est-il qu'un trou noir stellaire ne doit pas avoir une masse inférieure à celle dite de Chandrasekhar, c'est-à-dire d'environ 1,44 masse solaire. Si l'on devait découvrir un trou noir de plus petite masse, par exemple grâce aux observations de Kepler, cela signifierait que l'on est en présence d'un minitrou noir primordial.


Les trous noirs sont parmi les objets les plus opaques de l'univers. Heureusement, ils font cependant partie des plus attractifs, et c'est par leur pouvoir d'attraction démesuré que nous pouvons les détecter. Les trous noirs géants sont les ogres les plus monstrueux du zoo cosmique, mais ils ne sont pas des armes de destruction massive. Les jets de matière qu'ils produisent auraient contribué à allumer les premières étoiles et à former les premières galaxies. Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, spécialistes en cosmologie contemporaine, répondent à toutes vos questions. Pour en savoir plus, visitez www.dubigbangauvivant.com. © Groupe ECP/YouTube

Le trou noir IGR J17091-3624 possède, lui, une masse probablement inférieure à 3 masses solaires mais supérieure à la masse de Chandrasekhar. La matière arrachée à une étoile compagne formant un disque d'accrétion autour de lui, elle rayonne dans le domaine des rayons X avant de plonger en direction de son horizon des événements. Sa courbe de luminosité, dressée à partir des observations du satellite de la NasaRossi X-ray Timing Explorer (RXTE), s'est révélée très intéressante, bien qu'elle témoigne d'une faible luminosité.

Les « battements de cœur » des trous noirs

Elle présente des périodicités la faisant ressembler à un électrocardiogramme, à tel point que l'on en parle comme les « battements de cœur » (heartbeats en anglais) de ce trou noir, comme on peut le voir dans le titre d'un article à son sujet sur arxiv.


Sur cette vidéo, on voit d'abord en bleu clair la courbe de luminosité en rayon X du trou noir GRS 1915+105 puis en dessous, plus faible et avec une périodicité principale plus courte, celle de IGR J17091-3624. Dans les deux cas, les « battements de cœur » de ces trous noirs dans un système binaire sont reliés à un phénomène d'intermittence. Il s'agit de l'émission périodique de deux jets de matière s'élevant perpendiculairement au disque d'accrétion. © Nasa/Goddard Space Flight Center/CI Lab/YouTube

Ce n'est cependant pas la première fois que l'on rencontre une telle courbe et c'est une des raisons (outre le fait qu'il est le plus petit trou noir connu) qui rend IGR J17091-3624 si intéressant. On observe en effet avec lui une courbe de luminosité qui fait penser, en réduction, à celle du trou noir stellaire GRS 1915+105.

Celui-ci pèse probablement 14 masses solaires et lui aussi se signale en rayons X grâce à un disque d'accrétion. Contrairement à IGR J17091-3624, GRS 1915 possède des jets de matières que l'on observe. Ces jets, qui foncent dans l'espace interstellaire à 98 % de la vitesse de la lumière, manifestent une intermittence qui est concomitante de la périodicité des émissions dans le domaine des rayons X. On peut dans ce cas assez facilement l'interpréter.

La matière du disque d'accrétion, tombant en direction de l'horizon des événements pour alimenter les jets, produit une telle quantité de rayonnement que celui-ci finit par s'opposer au flux de matière alimentant les jets. Ils se tarissent donc faute d'être alimentés. La pression du flux de radiation cessant, de la matière du disque peut à nouveau tomber en direction de l'horizon et le processus se répète.

Il s'agit bien sûr d'une description grossière de ce qui se passe réellement et la courbe de luminosité est plus complexe qu'une simple modulation périodique. Des processus d'instabilités en liaison avec la magnétohydrodynamique relativiste d'un plasma chaud couplés à des processus de transferts radiatifs sont sans nul doute à l'œuvre et leur complexité se reflète dans les courbes observées des deux trous noirs.

Toujours est-il que, comme pour des électrocardiogrammes, on peut en déduire des informations intéressantes sur le comportement de la matière alimentant un trou noir.

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