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L’horizon des trous noirs bientôt pleinement visible ?

ActualitéClassé sous :Astronomie , trou noir , 1H0707-495

Les trous noirs ne sont visibles que lorsqu'ils « accrétent » de la matière autour d'eux. Malheureusement, elle devient très difficile à observer en détail lorsqu'elle s'approche beaucoup de l'horizon d'un trou noir. Grâce au télescope équipant XMM Newton et à une belle astuce, les astrophysiciens parviennent aujourd'hui à zoomer sur cette frontière...

Illustration montrant un trou noir supermassif au centre d'une galaxie. On pensait que le trou noir au centre de la galaxie – connu sous le nom de 1H0707-495 – devait être à jamais caché par le disque de gaz et de poussières qui l’entoure. Les observation de XMM Newton ont montré que ce n’est pas le cas, comme l’explique un groupe d’astronomes dans le journal Nature. Crédit: Esa/C. Carreau

Dans le chant III de l'Enfer de Dante, l'auteur mentionne qu'au frontispice de l'entrée de l'Enfer est gravée la célèbre phrase : « Vous qui entrez ici, laissez toute espérance ». S'il est un endroit du cosmos où cette phrase s'applique, c'est bien à la frontière invisible définissant l'horizon d'un trou noir, définissant une région de l'espace-temps d'où même la lumière ne peut s'échapper.

Pour cette raison, la vérification de cette prédiction spectaculaire de la relativité générale, à savoir la formation d'un trou noir laissé parfois par l'explosion d'une étoile en supernova, semblait à tout jamais hors de portée des astronomes. Cette conclusion pessimiste n'a pas semblé convaincante pour certains. Dès le milieu des années 1960, Igor Novikov et Yakov Zeldovitch proposèrent que, dans un système binaire, l'accrétion de matière arrachée par les forces de marée d'un trou noir à son étoile compagne devait s'accompagner d'une émission intense de rayons X. Les observations démontrèrent qu'ils avaient raison et l'on connaît maintenant plusieurs trous noirs qui se signalent ainsi.

En contrepartie, la complexité des phénomènes hydrodynamiques, et même magnétohydrodynamiques du fait de la formation d'un plasma, se déroulant aux abords du trou noir rend leur observation difficile, noyés qu'ils sont dans un rayonnement intense, et pas seulement en X, produit dans le disque d'accrétion.

Le télescope XMM Newton de l'Esa observant dans le domaine des rayons X. Crédit : Esa

Un rayonnement réfléchi pour sonder la banlieue proche du trou noir

Dans le cas du trou noir central supermassif de la galaxie 1H0707-495, le célèbre astronome Andrew Fabian et ses collègues ont commencé une cartographie des phénomènes à l'œuvre jusqu'à un peu plus de deux fois le rayon de Schwarzschild du trou noir de Kerr en rotation. Cette prouesse a été obtenue grâce aux observations menées pendant 48 h à l'aide des instruments de XMM-Newton.

Pour sonder les profondeurs du disque de poussières et de gaz spiralant en direction du trou noir de la galaxie 1H0707-495, les astronomes ont mis à profit la réflexion des rayons X émis dans la zone proche de l'horizon sur les autres parties du disque. Si le disque est riche en atomes de fer, comme c'est visiblement le cas ici, des raies dites L et K deviennent particulièrement visibles pour les instruments de XMM-Newton. La façon dont ces raies sont modifiées et évoluent dans le temps renseignent alors les astrophysiciens sur ce qui se passe dans le disque jusqu'au abord de l'horizon du trou noir.

C'est ainsi que les observations effectuées en janvier 2008 ont révélé que non seulement le trou noir central possédait une masse de l'ordre de 3 à 5 millions de masses solaires mais que ce trou noir absorbait par heure l'équivalent en masse de deux fois celle de la Terre !

Le trou noir tourne très rapidement sur lui-même et le flot de rayonnement qu'il dégage est juste à la limite de ce qui est physiquement possible pour qu'il se maintienne. En effet, un peu plus fort, il soufflerait la matière tombant dans le trou noir et stopperait donc le processus d'accrétion dont il tire son énergie.

Les analyses des conditions physiques régnant aux abords des trous noirs galactiques grâce à cette méthode basée sur les raies des atomes de fer et la réflexion des rayons X n'en sont qu'à leurs débuts. Elles nous rapprochent de la zone si mystérieuse qu'est l'horizon d'un trou noir et le rôle qu'il joue dans la notion d'entropie associée depuis les travaux de Bekenstein et Hawking aux trous noirs.

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