Le champ de gravitation d'un trou noir stellaire entouré d'un disque d'accrétion chaud et lumineux déforme fortement l'image de ce disque. On peut s'en rendre compte avec cette image, extraite d'une simulation de ce que verrait un observateur s'approchant de l'astre compact selon une direction légèrement inclinée au-dessus du disque d'accrétion. La partie du disque située derrière le trou noir semble tordue à 90° et devient visible. Jean-Pierre Luminet a fait la première simulation de ces images en 1979. © Jean-Pierre Luminet, Jean-Alain Marck

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La croissance du trou noir supermassif de la Voie lactée inhibée par le magnétisme ?

ActualitéClassé sous :trou noir supermassif , Quasar , SOFIA

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Le Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy de la Nasa a permis de cartographier des champs magnétiques autour du trou noir supermassif de la Voie lactée. Ces champs canaliseraient le plasma autour de l'astre de telle sorte qu'ils ne facilitent pas l'absorption de matière, ce qui aide à comprendre pourquoi ce n'est pas un noyau actif de galaxie.

La découverte des trous noirs supermassifs, ou pour le moins des astres que nous croyons occuper le centre de nombreuses galaxies, a été faite avec la découverte des quasars et plus généralement des noyaux actifs de galaxies. Nous avons de moins en moins de raisons de penser qu'il ne s'agit pas de trous noirs, surtout après le succès récent de la collaboration EHT qui a réussi à former une image de M87*. Mais les astrophysiciens savent bien que la cause n'est pas encore complètement entendue et ils travaillent pour réfuter les derniers doutes à ce sujet.

Toujours est-il que nous ne sommes pas très sûrs de ce qui fait qu'un trou noir supermassif est actif ou pas. Il est clair que cela n'est possible que lorsqu'il absorbe de grandes quantités de matière mais les observations sont parfois énigmatiques. On devrait ainsi assister à l'allumage d'un quasar lorsque deux galaxies sont en fusion car, alors, du gaz frais devrait alimenter l'ogre central. Mais ce n'est pas toujours ce que l'on voit, de sorte qu'il doit y avoir des facteurs qui parfois limitent le processus d'accrétion. Mais lesquels ?

En fausses couleurs sur cette image, on voit les lignes de courant du plasma montrant les champs magnétiques. Ces images de lignes se superposent sur une image en rose montrant un cercle poussiéreux autour du trou noir supermassif de la Voie Lactée. La structure en forme de Y est un matériau chaud qui tombe vers le trou noir situé près de l’intersection des deux bras du Y. Les lignes de courant révèlent que le champ magnétique suit étroitement la forme de la structure poussiéreuse. © Poussière et champs magnétiques du Centre Galactique : Nasa/Sofia, image du champ d'étoiles : télescope spatial Nasa/Hubble

On peut raisonnablement penser qu'intervient bien sûr la pression du rayonnement produit par le plasma chaud du disque d'accrétion d'un trou noir. Mais il existe encore une autre force dans le cosmos observable qui peut limiter l'accrétion sans qu'il y ait un torrent de rayonnement : des champs magnétiques.

Des champs magnétiques canalisant le flot du plasma

De tels champs doivent exister en relation avec les courants électriques parcourant le plasma turbulent dans l'environnement d'un trou noir, qu'il soit en mode quasar ou quasi inactif comme cela semble bien être le cas pour le trou noir central de notre Voie lactée. Mais, comment mettre en évidence ces champs magnétiques et leurs effets sur le taux d'accrétion des trous noirs supermassifs puisqu'ils ne rayonnement pas, en tout cas pas directement ?

Il y a plusieurs moyens, comme l'effet Faraday qui se manifeste sous la forme d'un changement de la polarisation de la lumière traversant une région où règne un champ magnétique. Mais il existe d'autres méthodes indirectes, comme le prouve le travail de l'astrophysicienne Joan Schmelz et de ses collègues qui ont utilisé l'instrument HAWC+, équipant le célèbre Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia), de la Nasa, pour observer Sgr A*.

L'objectif était de mesurer et de cartographier les émissions de lumière polarisées dans l'infrarouge proche, autour de notre trou noir supermassif. Les caractéristiques de ces émissions sont liées à celles des poussières qui s'orientent perpendiculairement aux lignes de champs magnétiques dans la région de notre Galaxie entourant Sgr A*. Il devient donc possible de cartographier, dans une certaine mesure, ces lignes de champs et de déterminer des intensités.

D'après les astrophysiciens, on constate alors que ces champs magnétiques canalisent le plasma dans le disque d'accrétion en exerçant des forces sur les mouvements des particules chargées le composant, de telle sorte que le flot de matière a plutôt tendance à rester en orbite et à ne pas plonger en direction du trou noir central. Or, la matière s'échauffe d'autant plus dans le disque qu'elle se rapproche de l'horizon du trou noir et de sa fameuse ergosphère. De fait, le magnétisme va agir comme un inhibiteur d'accrétion, et donc limiter l'alimentation en énergie de la machinerie à produire du rayonnement qui est associée à un trou noir de Kerr en rotation, entouré d'un disque d'accrétion.

Le trou noir supermassif de la Voie lactée ne serait donc pas, pour le moment en tout cas, un noyau actif de galaxie à cause des champs magnétiques actuellement à l'œuvre autour de lui.

  • Les trous noirs supermassifs deviennent des noyaux actifs de galaxies et même des quasars quand ils accrétent et absorbent de grandes quantités de matière.
  • On cherche à mieux comprendre pourquoi le trou noir Sgr A* de la Voie lactée n'est que peu actif.
  • Des mesures indirectes des champs magnétiques produits dans son disque d'accrétion contenant du plasma donnent un élément de réponse.
  • Ces champs canalisent en orbite le plasma, limitant sa capacité à chuter vers le trou noir et donc à chauffer et à libérer de l'énergie gravitationnelle convertie en rayonnements.
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