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Les curieux jets oscillants d'un trou noir supermassif

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Pourquoi le blazar PG 1553+113 rayonne-t-il de façon fluctuante, comme semblent le montrer les observations des satellites Fermi et Swift ? Peut-être parce qu'il n'y a pas un mais deux trous noirs supermassifs au centre de la galaxie qui l'abrite. Un tel système double ne serait pas une première et nous renseigne sur l'évolution des galaxies.

Les émissions gamma du blazar PG 155+113, ici en vue d'artiste, semblent fluctuer périodiquement. Les énergies en jeu dépasseraient 100 millions d'électrons-volts. À titre de comparaison, celle de la lumière visible est comprise entre 2 et 3 électrons-volts. Une explication possible est une oscillation du jet induite par l'attraction gravitationnelle d'un second trou noir massif, représenté en haut à gauche. © Nasa's Goddard Space Flight Center, CI Lab

Dès 1964, les grand astrophysiciens Zel'dovich, Novikov et Salpeter avaient proposé que les quasars, plus généralement les noyaux actifs de galaxies, soient des trous noirs supermassifs accrétant de la matière. Dès 1971, Donald Lynden-Bell et Martin Rees proposaient de leur côté qu'il en existait un au cœur de la Voie lactée. Au moins depuis le début des années 1990, il semble clair que la plupart des grandes galaxies doivent probablement abriter en leur centre l'un de ces astres compacts. Parce qu'ils co-évoluent avec leur galaxie, une meilleure compréhension de leur origine et de la façon dont ils intéragissent avec leur environnement devrait permettre de mieux comprendre comment le cosmos observable est passé du Big Bang au vivant.

Récemment, un blazar a fait l'objet de l'attention d'astrophysiciens, comme le montre la mise en ligne d'un article sur arXiv. PG 1553+113 est situé dans la constellation du Serpent, à environ 5 milliards d'années-lumière de la Voie lactée.

Le blazar PG 1553+113, repéré au centre de cette image par deux lignes blanches. © SDSS

Un trou noir supermassif binaire ?

Dans le cadre d'un programme de surveillance de l'activité des blazars, l'activité de PG 1553+113 a été étudiée depuis 2008 dans trois domaines - visible, radio et X - avec le satellite Swift, ainsi que dans le domaine des rayons gamma avec le satellite Fermi. Ces observations ont montré une variation cyclique de l'intensité des émissions dans le domaine gamma selon une période d'environ deux ans.

D'où vient cette périodicité ? Elle ne semble pas due à une simple fluctuation statistique car une variation semblable apparaît également dans le visible et dans le domaine des rayons X. Les chercheurs entendent s'assurer définitivement de la réalité de ce cycle en observant deux nouveaux pics d'activité en gamma qui devraient être observés par Fermi en 2017 et 2019.

Une vue d'artiste d'un trou noir en train de grandir avec son disque d'accrétion. Les trous noirs supermassifs sont peut-être nés de l'effondrement de certaines des toutes premières étoiles, celles qui étaient supermassives, il y a plus de 13,5 milliards d'années. © Casey Reed, University of Toronto

Si ce cycle est confirmé, quelles indications cette observation fournit-elle sur les trous noirs supermassifs ? Il faudrait déjà s'assurer du mécanisme à l'œuvre derrière cette variation périodique avant d'en tirer des conclusions. Les astrophysiciens ont plusieurs scénarios à l'esprit mais ils supposent tous plus ou moins que les jets du trou noir supermassif changent périodiquement de direction. Une des hypothèses les plus fascinantes fait intervenir un second trou noir supermassif. Proche du premier, il en perturberait, par effet gravitationnel, le disque d'accrétion, modifiant périodiquement l'orientation de sa partie interne au niveau de la base des jets.

La présence d'un second trou noir supermassif près du cœur de la galaxie associée à PG 1553+113 ne serait en rien étonnante. Nous connaissons plusieurs exemples de ce genre et l'existence de trous noirs supermassifs binaires découle naturellement du scénario selon lequel ces objets croissent principalement par coalescence des trous noirs centraux qui accompagnent la fusion de deux galaxies.

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