Une bulle de gaz « incandescente » circule autour du trou noir géant de la Voie lactée à une vitesse vertigineuse


Le 12 mai 2022, la toute première image du trou noir central de notre Galaxie, Sagittarius A* était dévoilée. Les chercheurs continuent depuis leurs études sur cet astre supermassif. Et en observant des données du radiotélescope Alma, ils ont fait une découverte surprenante : une bulle de gaz incandescent orbite autour du trou noir, à 30 % de la vitesse de la lumière ! Comment l’expliquer ?

Le 12 mai 2022, la toute première image du trou noir central de notre GalaxieGalaxie était dévoilée par l’Event Horizon Telescope (EHT). Sagittarius A* était visible pour la première fois, ainsi que son disque d’accrétiondisque d’accrétion. L’occasion d’en apprendre plus sur ce trou noir supermassiftrou noir supermassif de près de 4 milliards de masses solaires ! Situé au cœur de la Voie lactéeVoie lactée, à 27.000 années-lumièreannées-lumière de la Terre, Sagittarius A* aura donné des difficultés aux scientifiques : cinq ans de travail acharné ont été nécessaires pour le mettre en image. En effet, les observations sur lesquelles elle est basée datent de 2017, et ont été effectuées par un réseau de huit radiotélescopes, dont l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), situé à l’Observatoire européen austral (ESOESO) au Chili.

Mais après l’avoir mis en image, des chercheurs ont utilisé les observation d’Alma pour en déduire des propriétés de notre trou noir, et de son environnement. Et, coup de chance pour eux, ils y ont repéré un étrange phénomène, détaillé dans une étude de Astronomy & Astrophysics : un point chaudpoint chaud orbitant à grande vitesse tout autour de Sagittarius A* ! « Nous pensons que nous sommes en train de regarder une bulle de gaz incandescentincandescent glissant autour de Sagittaire A* sur une orbiteorbite similaire en taille à celle de la planète MercureMercure, mais faisant un tour complet en seulement 70 minutes environ. Cela nécessite une vélocité époustouflante d’environ 30 % de la vitesse de la lumièrevitesse de la lumière ! », s’enthousiasme Maciek Wielgus dans un communiqué de l’ESO, premier auteur de l’étude et astronomeastronome au Max Planck Institute for RadioRadio Astronomy à Bonn, en Allemagne.

 

Le trou noir supermassif Sagittarius A*, mis en image par l’Event Horizon Telescope Collaboration (EHT), accompagné d’une vue d’artiste indiquant où se situent le point chaud et son orbite autour du trou noir, d’après la modélisation des données prévisionnelles d’Alma. © EHT Collaboration, ESO, M. Kornmesser, M. Wielgus

Une éruption de Sagittarius A* a éjecté une bulle de plasma…

D’après l’étude, ce point chaud trouve son explication dans l’éruption des trous noirs. En effet, les observations qu’ont utilisées les chercheurs dataient à la fois des 6 et 7 avril 2017, et du 11 avril 2017. Or, une éruption du trou noir Sagittarius A* s’est produite juste avant ces dernières observations, détectée dans les rayons Xrayons X par le télescope spatialtélescope spatial Chandra. Les données récoltées par les chercheurs, des courbes de lumière polarisée, ont alors changé et ils les ont interprétées comme la génération d’un point chaud tournoyant à grande vitesse autour du trou noir. Car le changement de courbe de lumière polarisée indique une modification des champs magnétiqueschamps magnétiques entourant le trou noir. 

Et pour les chercheurs, c’est une preuve que tout se joue par des champs magnétiques ! « Maintenant nous trouvons des preuves solidessolides pour une origine magnétique de ces éruptions, et nos observations nous donnent un indice sur la géométrie du processus. Les nouvelles données sont extrêmement utiles pour construire une interprétation théorique de ces évènements », explique Monika Mościbrodzka, co-autrice de l’étude et astronome à l’université Radboud. Ces éruptions de trous noirs ressemblent à celles qui se déroulent à la surface de notre étoileétoile, le SoleilSoleil, à l’origine des aurores polairesaurores polaires.

Dans le cas d’un trou noir, le gazgaz chaud qui orbite très rapidement autour de lui forme un disque d’accrétion. Au sein du disque, la matièrematière est tellement chauffée, à des millions de degrés, qu’elle se change en plasma, donc en gaz ionisé et magnétisé. Du fait des conditions extrêmes de température, pressionpression, vitesse, qui règnent dans le disque, différents champs magnétiques sont générés, qui interagissent entre eux et se tordent. Lorsque ces champs se rencontrent, ils peuvent se reconnecter ou se reconfigurer, menant à ce que l’on appelle une reconnexion magnétique. Une partie de l’énergieénergie accumulée avant la reconnexion est alors éjectée, que cela soit sous forme de rayons X, de chaleurchaleur, ou même directement de matière. Et c’est ce que les chercheurs ont observé : une bulle de gaz incandescent, « en orbite dans le sens des aiguilles d’une montre dans une région la plus interne du flux d’accrétion », décrit l’étude.

qui s’est ensuite refroidie ! Et c’est ce que les chercheurs ont vu.

Finalement, ces observations témoignent d’un nouveau phénomène provenant des éruptions, inconnu jusqu’à maintenant : le refroidissement des jets de plasma émis par cette éruption qui restent en orbite autour du trou noir. « Ce qui est vraiment nouveau et intéressant, c’est que de telles éruptions n’étaient jusqu’à présent clairement présentes que dans les observations en rayons X et en infrarougeinfrarouge de Sagittarius A*. Ici, nous voyons pour la première fois une indication très forte que des points chauds en orbite sont aussi présents dans les observations radio », explique Maciek Wielgus.

Car le fait que cette bulle de gaz ait été observée dans les ondes radio indique une température assez faible, ces ondes étant bien moins énergétiques que des rayons X, ou infrarouges. « Peut-être que ces points chauds détectés sous ondes infrarouges sont une manifestation du même phénomène physique : dès que les points chauds émettant dans l’infrarouge refroidissent, ils deviennent visibles dans les longueurs d’ondelongueurs d’onde plus longues, comme celles observées par l’Alma et l’EHT », ajoute Jesse Vos, co-auteur de l’étude et doctorant à l’université Radboud aux Pays-Bas. Par la suite, les chercheurs comptent se pencher encore plus sur ce phénomène, notamment par des observations avec l’EHT. « Avec un peu de chance nous pourrons un jour affirmer que nous « savons » ce qui se passe dans Sagittarius A* », conclut Maciek Wielgus.

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