Sur cette vue d’artiste, on visualise bien le trou noir se nourrissant d’une étoile voisine en entraînant sa matière vers son disque d’accrétion. En se rapprochant du cœur du trou noir, une partie de cette matière est éjectée dans des flashs qui s’étendent au-dessus et en dessous du disque. © John Paice, Université de Southampton, CC by 4.0

Sciences

Trou noir : de violents flashs observés en détail pour la première fois

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Grâce à des instruments ultramodernes, des astronomes ont recueilli des données très précises sur les violents flashs émis par un trou noir en expansion. Ils nous proposent aujourd'hui un film qui détaille le phénomène à un niveau jamais vu auparavant. De quoi mieux comprendre ce qui se joue dans l'environnement immédiat de ces étonnants objets.

Un trou noir se nourrit des étoiles proches de lui. C'est alors comme s'il siphonnait les gaz de ces étoiles qui alimentent alors un disque d'accrétion. Un disque qui, sous l'effet combiné des forces magnétiques et gravitationnelles, chauffe à des millions de degrés et peut alors émettre des flashs de rayonnements. Et ce sont ces flashs que des astronomes ont étudiés avec une précision sans précédent grâce à l'instrument HiPERCAM situé sur le Gran Telescopio Canarias (visible) et à l'observatoire Nicer de la Nasa installé à bord de la Station spatiale internationale (rayons X).

L'équipe dirigée par des chercheurs de l'université de Southampton (Royaume-Uni) a travaillé sur le trou noir baptisé Maxi J1820+070 qui a connu un épisode d'accrétion rapide en mars 2018. Maxi J1820+070 se trouve à quelque 10.000 années-lumière de nous, dans notre Voie lactée. Sa masse est d'environ 7 fois celle du Soleil, mais son volume, inférieur à celui de la ville de Londres.

Malgré la petite taille du système et la grande distance qui nous en sépare, les astronomes ont pu capturer de violents crépitements et des flashs de lumière, dans le domaine du visible et dans celui des rayons X. Et « la vidéo ci-dessous a été réalisée à partir de données réelles, mais ralenties à 1/10 de la vitesse réelle, afin que le phénomène soit perceptible à l'œil humain », explique son auteur, John Paice, chercheur à l'université de Southampton.

La brillance de la matière autour du trou noir dépasse celle de l’étoile. Et les flashs les plus rapides durent seulement quelques millisecondes. La luminosité de plus de cent Soleils émise en un clin d’œil ! © John Paice, YouTube, Université de Southampton

De quoi préciser les théories

Au-delà de ces images spectaculaires, les chercheurs ont pu consigner plusieurs observations scientifiquement intéressantes. Les flashs de rayons X s'accompagnent d'une baisse d'intensité dans le domaine du visible. Et vice versa. Quant aux flashs de lumière visible les plus rapides, ils apparaissent juste une fraction de seconde après un flash de rayons X. De quoi révéler la présence de plasma dans des régions traditionnellement trop petites pour être résolues par les instruments des astronomes.

Une pareille observation n'est pas inédite. Elle a déjà été faite dans deux autres systèmes intégrant des trous noirs. Mais pas avec un tel niveau de détail. Cependant, les chercheurs notent que le fait que le phénomène a déjà pu être observé pour trois trous noirs montre qu'il s'agit probablement là d'une caractéristique commune aux trous noirs en expansion. Et si cela se confirme, cela apportera une information fondamentale sur la façon dont le plasma circule autour des trous noirs.

Des conditions extrêmes, impossibles à reproduire en laboratoire

Pour l'heure, « nous ne pouvons qu'imaginer un lien profond entre les zones de plasma entrant et sortant », remarque Poshak Gandhi, chercheur à l'université de Southampton. « Nous ne pouvons pas reproduire ces conditions physiques extrêmes en laboratoire. C'est pourquoi les données présentées dans cette étude sont cruciales pour tous ceux qui espèrent établir une théorie correcte. »

  • Le trou noir baptisé Maxi J1820+070 a connu un épisode d’accrétion rapide en mars 2018.
  • L’occasion pour les chercheurs d’enregistrer des flashs autant dans le domaine des rayons X que dans celui du visible.
  • Des flashs dont ils dévoilent aujourd’hui les moindres détails, dans l’espoir de construire une théorie solide des trous noirs en expansion.
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