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La rotation d'un disque d'accrétion de trou noir en direct

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Les trous noirs ne sont pas des objets invisibles, certains d'entre eux sont même responsables d'une libération d'énergie colossale. Cette énergie est libérée non pas par le trou noir lui-même, mais par la compression du gaz qui orbite autour de lui (dans un disque appelé "disque d'accrétion"), dans une spirale finissant dans le trou noir. Cette libération d'énergie est observée sous la forme d'une intense émission en rayons X. Elle est observée depuis assez longtemps, mais une nouvelle étape vient d'être franchie grâce au télescope à rayons X de l'agence spatial européenne appelé XMM-Newton.

Vue d'artiste de ce que l'on pense représenter un Noyau Actif de Galaxie. L'engin central est un trou noir massif entouré d'un disque d'accrétion, par où le gaz s'écoule de la galaxie vers le trou noir, entouré d'un "tore" de poussière qui nous cache une

En effet, contrairement à ses prédecesseurs, cet instrument est suffisamment puissant pour prendre des images avec des poses assez courtes, et a pu suivre l'évolution temporelle de l'émission X du trou noir de Markarian 766, situé à 170 millions d'années-lumière. Les observations, dirigées par Jane Turner, du NASA Goddard Space Flight Center, ont ainsi pu mettre en évidence une modification périodique des propriétés de l'émission pendant environ 27 heures.

Celle-ci est due à la présence de plusieurs surdensités de gaz dans le disque d'accrétion -- des "grumeaux" de gaz en quelque sorte -- qui orbitent autour du trou noir, et donc pour un observateur terrestre s'éloignent puis se rapprochent puis s'éloignent de nouveau. Ce mouvement peut être observé et mesuré précisément, grâce à l'effet Doppler qu'il induit sur la radiation X émise.

C'est la première fois que le mouvement du gaz dans le disque d'accrétion est ainsi mis en évidence. L'équipe de Jane Turner a ainsi pu mesurer la période de rotation du gaz, ce qui permet d'en déduire la masse du trou noir de manière assez précise. Dans le cas de Markarian 766, le trou noir a une masse de quelques millions de fois celles du Soleil, ce qui est du même ordre de grandeur que celle du trou noir qui se trouve au centre de notre galaxie (celui-ci se trouvant "seulement" à 25 000 années_lumière). Il s'agit de trous noirs supermassifs, plutôt petits, certains pouvant en effet atteindre des masses 100 fois plus grandes encore.

Ces résultats montrent tout le potentiel des observations en rayons X avec les instruments de pointe actuels. Des observations plus poussées pourraient permettre de procéder à de nouveaux tests de la relativité générale, dans des conditions de fort champ gravitationnel, c'est-à-dire là où elle diffère le plus de la mécanique newtonienne.

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