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Un microquasar aux jets surpuissants

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Mille années-lumière : c'est la longueur totale d'une paire de jets de matière relativiste éjectés par un trou noir stellaire situé dans la galaxie NGC 7793. Découvert par deux astronomes du CNRS et leur collègue britannique, ce microquasar bat un record et devrait aider à mieux comprendre ses grands frères, les quasars.

Vue d'artiste du trou noir émettant de puissants jets de particules. La matière arrachée par effet de marée à l'étoile compagnon (en jaune) fournit l'énergie nécessaire à l'accélération des jets en formant un disque d'accrétion et en tombant dans le trou noir. © ESO/L. Calçada

Les trous noirs stellaires ne peuvent se former qu'à partir d'une étoile dont la masse initiale est plusieurs dizaines de fois supérieure à celle du Soleil, selon certaines estimations. Ils proviennent alors de l'effondrement du cœur de ces étoiles à l'occasion de leur transformation en supernovae. Lorsque les trous noirs résultants, qui n'ont en général eux que quelques masses solaires, appartiennent à un système binaire, il peut arriver qu'ils finissent par accréter du gaz arraché à leur étoile compagne grâce aux forces de marée qu'ils exercent.

Il se forme alors un disque d'accrétion dont le premier modèle a été proposé en 1969 par Lynden-Bell. Ensuite, Novikov, Page et Thorne ont construit des modèles plus précis dans le cadre de la relativité générale de 1973 à 1974. A vrai dire, les premières réflexions sur l'accrétion d'un trou noir sont plus anciennes car on trouve des prémices dans les travaux de Hoyle, Littleton et Bondi en 1939 et 1952 et aussi de Salpeter en 1964.

Le gaz tombant sur le trou noir en spiralant va s'échauffer et émettre dans le domaine des rayons X. C'est ainsi que des satellites comme Chandra sont en mesure de détecter indirectement la présence de trous noirs stellaire dans l'Univers.

Une comparaison entre un microquasar et un quasar. Crédit : CEA

Deux puissants jets repoussent une bulle de matière

Au centre de la majorité des galaxies se trouve un trou noir supermassif dont la masse est en général comprise entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. Lorsque du gaz tombe en abondance sur ce trou noir, un disque se forme aussi mais l'énergie libérée sous forme de rayons X est incomparablement plus importante. Le trou noir devient particulièrement lumineux et pas seulement dans le domaine X mais aussi dans le domaine visible. Des paires de jets de particules se déplaçant à des vitesses relativistes sont aussi produits, provoquant des émissions d'ondes radio. Ces objets sont très vraisemblablement les fameux quasars.

Lorsque le disque d'accrétion d'un trou noir stellaire s'accompagne aussi d'une paire de jets et d'émissions radio, on appelle ces astres des microquasars selon la terminologie proposé par I. Felix Mirabel et Luis F. Rodríguez. Un exemple de ce type vient d'être découvert par deux astronomes de l'Université de Strasbourg en utilisant les données fournies par le Very Large Telescope de l'ESO et le télescope à rayons X Chandra avec l'aide d'un collègue de l'University College de Londres.

La galaxie NGC 7793 contenant le microquasar. Crédit : ESO

Comme ils l'expliquent dans une publication récente du journal Nature, le microquasar observé dans la galaxie NGC 7793 à 12 millions d'années-lumière de la Terre possède la paire de jets de matière la plus puissante jamais découverte pour ce type de trou noir. En entrant en collision il y a 200.000 ans avec le gaz du milieu interstellaire, ces jets l'ont repoussé pour finir par former une bulle de particules relativistes et de gaz très chaud enflant à une vitesse proche d'un million de kilomètres par heure.

Il semblerait que l'énergie produite par l'accrétion de matière, principalement constituée de rayons X dans le cas d'un trou noir stellaire, se retrouve essentiellement ici sous forme des jets à l'origine de cette bulle au diamètre record de 1.000 années-lumière.

Pour les chercheurs, le microquasar en périphérie de NGC 7793 est un excellent laboratoire pour mieux comprendre les mécanismes de production de ces jets et leur impact sur l'environnement proche et lointain des trous noirs, y compris ceux des quasars.

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