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On sait recréer l'environnement des trous noirs !

ActualitéClassé sous :physique , Astronomie , trou noir

Des physiciens ont recréé le comportement de la matière chaude émettant des rayons X quand elle chute en direction d'un astre compact dans un disque d'accrétion. Résultat : l'accord est bon avec le spectre d'émission des trous noirs et des pulsars mais quelques différences existent.

En haut, un schéma montrant le gaz arraché à une étoile dans un système binaire par les forces de marée d'un astre compact. En spiralant vers l'astre, le gaz s'échauffe, forme un disque et émet des rayons X très intenses. Ce rayonnement a été recréé en laboratoire avec des faisceaux laser et des atomes de silicium (schéma du bas). Crédit : Nature Physics

Comme il a été rappelé dernièrement à l'occasion d’un colloque de cosmologie et de philosophie à Lyon, le philosophe et mathématicien français Auguste Comte pensait que la composition et la température des étoiles seraient à tout jamais inconnues pour l'Humanité. Par quels moyens pourrait-on même simplement se rendre sur le Soleil et avec quel thermomètre pourrait-on en mesurer la température ? raisonnait-il.

Déjà au XIXsiècle, les physiciens Kirchhoff et Bunsen ne tardèrent pas à imposer un démenti cinglant aux affirmations de Comte en découvrant les lois de l'analyse spectroscopique De nos jours et depuis des dizaines d'années, c'est un travail de routine pour un astrophysicien que de déterminer la composition chimique et la température d'un corps céleste.

On peut dire qu'Auguste Comte vient de se subir un nouveau revers suite aux travaux d'un groupe de chercheurs japonais, coréens et chinois utilisant le laser Gekko-XII et qui viennent de publier un article dans Nature Physics. Cette équipe a en effet recréé les conditions de température et de pression du gaz spiralant en direction de l'horizon d'un trou noir ou de la surface d'une étoile à neutrons.

Soumises à la gravitation de ces astres, la matière se met à rayonner intensément dans le domaine des rayons X avec un spectre bien particulier. C'est d'ailleurs ce phénomène accompagnant la formation d'un disque d’accrétion lorsqu'un astre compact se trouve, comme c'est souvent le cas, dans un système binaire, qui permet de détecter la présence d'un trou noir.

On pouvait déjà étudier ces phénomènes aux abords d'un trou noir, à des milliers d'années-lumière, grâce à des télescopes X en orbite, comme Chandra ou XMM Newton. On peut désormais les observer indirectement, au laboratoire, sur Terre...

En l'occurrence, des petites billes de plastiques sont soumises à des séries d'impulsions laser qui en provoquent une implosion similaire à celles que l'on obtient dans les expériences de fusion par confinement inertiel. On emploie pour cela deux lasers. L'un, d'une puissance de 10 térawatts (1012 watts), produit des impulsions durant quelques nanosecondes sous forme de douze faisceaux. L'autre délivre des impulsions de 10 pétawatts (1015 watts) en quelques picosecondes sous forme de quatre faisceaux.

On retrouve les spectre des trous noirs... enfin, presque

Les rayons X produits peuvent alors photo-ioniser un gaz d'atomes de silicium froid et l'ensemble de ces interactions reproduit le plasma et les émissions associés au gaz d'une étoile arraché par les forces de marée, tombant en direction d'un astre compact. Ainsi, le spectre obtenu ressemble beaucoup à celui mesuré dans le cas du trou noir Cygnus X-3 et du pulsar Vela X-1.

Il y a toutefois quelques différences. En particulier, certaines raies d'émissions reçoivent une interprétation théorique différente, mais il s'agit peut-être d'un effet dû au fait que l'émission réelle au bord d'un astre compact a lieu en continu, et pas en quelques fractions de seconde comme c'est le cas lors des expériences menées à l'Université d'Osaka.

Les chercheurs sont actuellement occupés à investiguer les propriétés de ce plasma astrophysique recréé sur Terre. Ils suspectent en particulier qu'il pourrait être transparent aux rayons X à des fréquences élevées. Si cela devait être confirmé, l'image que l'on se fait des étoiles en phase supernova en serait affectée.

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