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Plongée au coeur d’un festin de trou noir

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Plongée au coeur d’un festin de trou noir

Plongée au coeur d’un festin de trou noir

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Ce festin se déroule à 770 millions d’années-lumière de la Terre, au coeur d’une galaxie située dans la constellation du Verseau. Un trou noir dévore une pauvre étoile qui a croisé son chemin… Et cela ne passe pas inaperçu ! Puisque les agapes s’accompagnent d’une formidable libération d’énergie, notamment sous la forme de rayons X, ce qui fait briller intensément les alentours de l’astre. Et cela depuis au moins 2006, année où la source « J2150 » a été détectée. Une équipe de l’Université d’Arizona vient de publier dans Astrophysical Journal une étude très poussée du trou noir en question. Elle révèle notamment sa masse : 10.000 fois celle du soleil. Une bonne nouvelle pour les astrophysiciens car il appartient à une catégorie activement recherchée : les trous noirs intermédiaires…

De ballon de foot à ballon de rugby

Lorsqu’une étoile passe trop près d’un trou noir, l’extrême force de gravité qu’exerce l’astre sur son environnement la disloque par effet de marée. En effet, le gradient de la force est tel que la partie de l’étoile tournée vers le trou noir est bien plus attirée que la partie opposée. L’astre passe ainsi de la forme d’un ballon de foot à celle d’un ballon de rugby, avant d’être totalement broyé. Ses restes gazeux constituent alors un disque d’accrétion qui finit dans le trou noir. Mais juste avant, la matière est accélérée à des vitesses proches de la lumière, ce qui produit ce rayonnement intense. Tellement intense que les alentours du trou noir peuvent briller davantage que l’ensemble des étoiles de la galaxie qui l’abrite, pendant des mois, voire des années… L’équipe de l’Université d’Arizona, mené par Sixiang Wen, s’est intéressée à une forte émission de rayons X, détectée dès 2006 par le télescope spatial Chandra de la Nasa, et l’observatoire spatial XMM-Newton de l’ESA. Scruté par Hubble venu à la rescousse, l’événement en question est identifié en 2018 comme correspondant à la destruction d’une étoile par un trou noir. Cette nouvelle étude montre qu’il appartient à la catégorie des trous noirs intermédiaires. Une classe très recherchée car pour l’instant, elle est peu documentée. Or, les trous noirs intermédiaires apparaissent comme le chaînon manquant entre les trous noirs stellaires, de quelques masses solaires à quelques dizaines, et les trous noirs supermassifs de plusieurs millions ou milliards de masses solaires.

Une vitesse de rotation inattendue 

Pour parvenir à cette estimation, les chercheurs ont utilisé des modélisations sophistiquées de la fin d’une étoile dévorée par un trou noir. En comparant ces modèles avec les émissions de rayons X enregistrées depuis des années, ils ont donc pu fixer la masse du trou noir à 10.000 fois celle du soleil. Mieux… Pour la première fois, la vitesse de rotation du trou noir sur lui-même a pu être déterminée : environ 80% de la vitesse de la lumière. Cela intrigue les chercheurs, car cette valeur est assez inhabituelle. Soit les trous noirs vont nettement plus vite (ils flirtent avec la vitesse de la lumière), soit ils vont plus lentement. Or, cette vitesse de rotation dépend de la façon dont s’est formé le trou noir, et dont il se nourrit. Cette valeur exclut a priori un trou noir qui aurait grossi grâce à un apport régulier de gaz, ou bien ayant au contraire eu une alimentation chaotique. Selon Ann Zabludoff, de l’Université d’Arizona et cosignataire de l’étude, « il est possible que le trou noir se soit formé avec ses caractéristiques et n’ait pas bougé depuis. Il peut aussi résulter de la collision de deux trous noirs intermédiaires de plus faibles masses.« 

Sur la piste de la matière noire autour d’un trou noir

Mais une autre hypothèse fait intervenir la mystérieuse matière noire qui compose la majeure partie de la matière de l’Univers, sans qu’on ne l’ait jamais vue… Les chercheurs ont identifié les bosons ultralégers, qui figurent parmi les hypothétiques particules formant la matière noire, comme des candidats capables de ralentir le trou noir. « Si ces particules existent, et ont une masse située dans une certaine fourchette, alors elles peuvent ralentir la rotation d’un trou noir intermédiaire, estime Nicholas Stone, du Racah Institut of Physics (Université hébraïque de Jérusalem). Cela dit, J2150 tourne malgré tout assez vite. Cela nous a permis de fixer des contraintes sur la masse de ces bosons ultralégers. Cela a aussi démontré que les trous noirs constituaient de formidables laboratoires extraterrestres pour étudier la physique des particules !« 

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