Les trous noirs sont des objets spatiaux d'une densité si formidable que même la lumière ne peut échapper à leurs «griffes gravitationnelles» extrêmes. Mais ce n'est pas parce qu'ils sont invisibles que nous ne pouvons pas trouver des moyens de les observer.
Cette fois, les astronomes ont cartographié les contours d'un vortex supermassif dans la galaxie IRAS 13224-3809, trouvé dans la constellation du Centaure, à environ 1 milliard d'années-lumière de la Terre.
Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé des observations du trou noir d'accrétion réalisées par l'observatoire à rayons X XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne (ESA).
Voici comment fonctionne l'accrétion: comme la matière dans l'espace est attirée par le trou noir, elle atteint des vitesses si élevées que le matériau en spirale se réchauffe, atteignant des températures de millions de degrés (et même plus).
Ce vortex surchauffé crée un rayonnement qui peut être détecté par les télescopes spatiaux lorsque les rayons X entrent en collision et se reflètent sur les particules de gaz à proximité du vortex.
Les scientifiques disent que l'observation de ces interactions est analogue à un écho, et de la même manière que les réverbérations sonores peuvent nous informer sur la forme et la structure des espaces tridimensionnels, de sorte que les “ échos lumineux '' peuvent également révéler la forme invisible des trous noirs supermassifs.
Un trou noir se nourrissant du gaz environnant, avec des vibrations coronales. (ESA)
«De même, nous pouvons observer comment les échos des rayons X se propagent au voisinage du trou noir pour cartographier la géométrie de la région et l'état de l'amas de matière avant qu'il ne disparaisse dans la singularité», explique l'astrophysicien William Allston de l'Université de Cambridge.
“Cela ressemble à un emplacement d'écho cosmique.”
La technique appelée cartographie de la réverbération des rayons X n'est pas nouvelle, mais elle évolue. Les échos légers ont été reçus par Alston et son équipe après plus de 23 jours d'observation de l'IRAS 13224-3809.
Ce faisant, ils ont vu quelque chose qu'ils ne s'attendaient pas à voir: la couronne du trou noir – une région d'électrons très chauds planant au-dessus du disque d'accrétion de l'objet – s'est enflammée, sa luminosité a changé 50 fois en quelques heures seulement.
«Au fur et à mesure que la couronne se redimensionne, l'écho de la lumière change, comme si le plafond d'une maison bougeait de haut en bas, changeant le son de votre voix», dit Alston.
“En suivant l'écho lumineux, nous avons pu voir cette couronne changeante et – encore plus intéressant – obtenir de bien meilleures valeurs pour la masse et la rotation du trou noir que nous n'aurions pu déterminer si la couronne n'avait pas changé de taille.”
Cet aperçu du trou noir supermassif IRAS 13224-3809 peut être sans précédent en termes de détails.
Les chercheurs espèrent maintenant utiliser la même méthode pour étudier la physique des trous noirs dans de nombreuses autres galaxies lointaines. Des centaines de trous noirs supermassifs sont à portée de XMM-Newton, et d'autres apparaîtront lorsque le satellite Athena de l'ESA entrera en orbite en 2031.
Ce que ces tourbillons nous disent reste à voir, mais il semble que nous soyons au bord de découvertes incroyables.
Les résultats sont rapportés à Nature Astronomy.
Sources: Photo: ESA
