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Les échos de lumière des trous noirs : une clé pour sonder le coeur des galaxies

ActualitéClassé sous :Astronomie , trou noir , écho lumineux

Le centre des galaxies est un lieu empli de mystères. En particulier, les astrophysiciens ne comprennent pas bien les phénomènes à l'œuvre dans le tore de poussières entourant les trous noirs à l'origine des quasars. Grâce à la découverte de l'écho de lumière causé par un flash en rayons X et en ultraviolets, émis par l'un de ces trous noirs, les chercheurs sont en train d'en apprendre plus.

Figure 2. Sous l'action du flash de lumière du disque du trou noir, un nuage de matière s'illumine en violet à gauche. Crédit : MPE-Esa

Un des événements les plus spectaculaires en astrophysique est celui causé par la disruption d'une étoile s'étant approchée trop près d'un trou noir. Les forces de marée commencent par déformer l'étoile en une sorte de ballon de rugby, l'allongent ensuite en forme de cigare puis l'aplatissent pour en faire une crêpe avant de la mettre intégralement en pièces (voir la figure 1). Une partie du gaz ainsi libéré se met à spiraler en direction du trou noir où il vient alimenter brutalement un disque d'accrétion en matière fraîche. Par frottement, la matière s'échauffe et rayonne en émettant un flash puissant de rayons ultraviolets et X.

Ce phénomène a fait l'objet de nombreuses études théoriques et à l'ordinateur, en particulier par l'astrophysicien et cosmologiste bien connu, Jean-Pierre Luminet. Il a aussi été observé ces dernières années, bien que rarement. A mesure que le flash s'éloigne du trou noir lui ayant donné naissance, cette bulle de lumière entre en interaction avec des nuages de matière interstellaire d'ordinaire peu lumineux et difficilement détectables. A son contact, ces nuages se mettent à briller et la lumière détectée sur Terre fournit de précieux renseignements sur leur localisation et les conditions physico-chimiques qui y règnent (voir la figure 2).

Malheureusement, ces événements étant rares et transitoires, il est difficile pour les astronomes de les observer et de profiter de cette fenêtre observationnelle que sont les échos de lumière.

Figure 1. Une étoile passant près d'un trou noir prend une forme de cigare avant d'être mise en pièces. Une partie de la matière chaude tombe dans le trou noir, l'autre est éjectée au loin. Crédit : Nasa/CXC/M Weiss

Un écho lumineux trop étrange

Stefanie Komossa du Max Planck Institute for extraterrestrial Physics à Garching (Allemagne) a eu de la chance. Elle et ses collègues étaient en train d'étudier une galaxie (portant le numéro SDSSJ0952+2143 dans le catalogue du Sloan Digital Sky Survey) lorsqu'ils ont repéré des caractéristiques anormales dans son spectre. Analysé en décembre 2007, ce dernier montrait la présence de très fortes raies d'émissions associées à des atomes de fer. En outre, rapporté à l'intensité d'émission des raies des atomes d'oxygène également détectées, le quotient obtenu était le plus élevé jamais observé pour le spectre d'une galaxie.

Pour les astrophysiciens, l'explication la plus probable est la suivante. Une étoile vient juste d'être détruite par le trou noir supermassif central et le flash de lumière produit est en train d'exciter les atomes présents dans le gaz interstellaire au centre de la galaxie. Mieux, les caractéristiques du spectre font penser que le flash voyage actuellement dans le tore moléculaire encerclant le disque d'accrétion du trou noir central. Une aubaine pour analyser ce qui s'y passe ! En outre, la présence de fortes raies d'émissions de l'atome d'hydrogène fait penser qu'il s'agit des débris de l'étoile encore en train d'être avaler par le trou noir central.

Si ces hypothèses se confirment, les astrophysiciens viennent de découvrir une clé pour explorer plus profondément ce qui se passe dans les noyaux actifs de galaxie (AGN) et comprendre la physique de l'accrétion de la matière autour des trous noirs supermassifs.

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