Grâce aux observatoires spatiaux NuSTAR (Nasa) et XMM-Newton (ESA), des chercheurs de l’université de Stanford ont, pour la première fois, observé de la lumière – des rayons X plus exactement – issue de derrière un trou noir. © Dan Wilkins, Université de Stanford
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De la lumière venue de derrière un trou noir !

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[EN VIDÉO] Que se passerait-il si vous tombiez dans un trou noir ?  Les profondeurs des trous noirs sont des espaces de mystère et de fantasme, mais cela ne signifie pas que nous ne pouvons pas les approcher de manière scientifique. Voyageons donc ensemble aux frontières de la réalité telle que nous la connaissons. 

Rien ne peut s'échapper d'un trou noir. Pas même la lumière. Mais en théorie, les trous noirs supermassifs devraient pouvoir suffisamment courber l'espace pour nous permettre de voir ce qui se passe derrière eux. Pourtant, cela n'avait encore jamais été observé. Jusqu'à aujourd'hui...

Ce que des chercheurs de l’université de Stanford (États-Unis) viennent de faire grâce aux observatoires spatiaux NuSTAR (Nasa) et XMM-Newton (ESA), c'est un peu comme voir la théorie de la relativité générale d'Einstein en action. Pour la toute première fois, ils viennent en effet d'observer de la lumière issue... de derrière un trou noir supermassif. Sous la forme d'éclairs de rayons X.

Quoi ? Vous aussi vous étiez resté sur le fait que la lumière qui pénètre un trou noir ne peut pas en ressortir ? C'est un fait. Et nous ne devrions donc pas pouvoir voir quoi que ce soit derrière un trou noir. Mais c'est sans compter une autre caractéristique étrange des trous noirs. Les trous noirs déforment l'espace. Ils courbent la lumière et tordent les champs magnétiques.

Une fois de plus, il faut l'admettre, l'objectif des chercheurs n'était pas de réussir à voir derrière un trou noir. Ce qu'ils espéraient, c'était d'en apprendre un peu plus sur la couronne qui entoure certains trous noirs. La couronne. Encore une caractéristique mystérieuse de ces objets décidément étranges.

Sur ce dessin, on découvre comment les rayons X venant de l’arrière du trou noir ont pu être observés par les astrophysiciens de l’université de Stanford (États-Unis). © ESA

De la couronne à l’arrière du trou noir

À la limite de l'horizon des événements, sur le bord intérieur du disque d’accrétion, cette couronne serait formée par du gaz tombant sur le trou noir. Dans l'aventure, il surchaufferait à des millions de degrés. De quoi autoriser à ses électrons à se séparer des atomes, donnant naissance à un plasma magnétisé. Pris dans le mouvement de rotation du trou noir, le champ magnétique ainsi créé s'arc-boute et tournoie tellement autour de lui-même qu'il finit par se briser. C'est ainsi qu'il produit des électrons à haute énergie, eux-mêmes à l'origine d'éclairs de rayons X.

Certains de ces rayons X irradient le disque d'accrétion puis sont réémis dans ce que les physiciens appellent un écho de réverbération. Et cette émission peut être utilisée pour cartographier la région la plus proche de l'horizon des événements d'un trou noir. C'est ce que les chercheurs de l'université de Stanford pensaient faire.

Ils ont observé ces rayons X du côté d'un trou noir supermassif au centre d’une galaxie - appelée I Zicky 1 - située à 800 millions d'années-lumière de notre Terre. Jusque-là, rien de réellement exceptionnel donc. C'est ce qu'ils ont vu un peu plus tard qui sort vraiment de l'ordinaire. Des éclairs de rayons X plus petits et de « couleurs » différentes de celles des rayons X initiaux.

Sur cette animation, le processus de formation des échos de réverbération tel qu’expliqué sur le schéma ci-dessus. © ESA

Des rayons X réfléchis

Selon les chercheurs, ils s'agiraient en fait là du même type de rayons X, mais réfléchis par l'arrière du disque. Bref, un aperçu de ce qui se passe de l'autre côté du trou noir. « Cela faisait des années que je construisais des prédictions théoriques sur la façon dont ces échos devraient nous apparaître », raconte Dan Wilkins, astrophysicien, dans un communiqué de l’université de Stanford« Quand je les ai vus, j'ai su. »

Pour obtenir une image plus précise du phénomène, les chercheurs attendent maintenant avec impatience le lancement d'Athena, l'observatoire à rayons X de l'Agence spatiale européenne (ESA). Le lancement de ce télescope spatial est prévu pour 2031. Il permettra d'obtenir des images haute résolution dans des temps d'observation beaucoup plus courts.

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