Les trous noirs, ces singularités séduisantes qui se dressent au précipice du connu et de l'inconnu, continuent de nous surprendre par leur comportement. Comme des organisations comme Event Horizon Telescope l'ont clairement indiqué, nous ne savons pas grand-chose sur les trous, et pire que cela, nous ne savons même pas ce que nous ne savons pas.
Maintenant, les scientifiques ont observé un nouveau phénomène qui ajoute à la mystique du trou noir: un trou noir qui tourne rapidement et qui éjecte des taches massives de plasma.
Le trou noir en question fait partie d'une paire binaire appelée V404 Cygni. Le trou noir mange son étoile compagnon, aspire sa masse dans son disque d'accrétion, puis éjecte le matériau via deux jets. Ce n'est pas inhabituel pour un trou noir, bien que tous n'aient pas de jets. Mais ce qui est inhabituel, c'est le timing du matériel éjecté par les jets. Plutôt qu'un flux régulier, le matériel sort en gouttes.
Le V404 Cygni est à environ 8 000 années-lumière de la Terre. Il a été repéré pour la première fois en 1989 lorsqu'il a expulsé une énorme explosion de matériaux et de rayonnements de haute énergie. Il est ensuite tombé en sommeil pendant 26 ans.
Puis, en 2015, il a de nouveau éclaté et le satellite INTEGRAL (Laboratoire d'astrophysique des rayons gamma) de l'Agence spatiale européenne (ESA) a pu l'étudier dans des rayons gamma de haute énergie. Il est devenu l'objet le plus brillant du ciel dans les rayons gamma. À l'époque, le scientifique du projet INTEGRAL, Erik Kuulkers, a déclaré:Le comportement de cette source est extraordinaire pour le moment, avec des éclairs lumineux répétés sur des échelles de temps inférieures à une heure, ce qui est rarement vu dans d'autres systèmes de trous noirs.”
Ce qui se passait?
Il est utile de voir comment fonctionnent généralement les trous noirs comme celui-ci. La gravité massive du trou noir éloigne le matériau de son étoile compagnon dans son disque d'accrétion. Le disque d'accrétion tourne, chauffant le matériau et le faisant «briller». Une partie du matériau n'atteint jamais le trou noir et est émise via des jets.
Avance rapide jusqu'à présent, et une nouvelle étude basée sur les données recueillies lors de l'explosion de 2015 par plusieurs observatoires fournit une explication.
“Au cours de l'explosion, nous avons observé les détails des émissions de jets lorsque le matériau est éjecté à une vitesse très élevée à proximité du trou noir», Explique Simone Migliari, astrophysicienne à l'ESA et co-auteur du document. "Nous pouvons voir les jets tirer dans différentes directions sur une échelle de temps inférieure à une heure, ce qui signifie que les régions internes du système tournent assez rapidement.”
Oui, le trou noir mange son étoile compagnon, aspirant le matériau dans son disque d'accrétion. Et oui, une partie du contenu du disque est expulsée par jets. Mais, selon l'étude, cela ne se produit que par rafales car, pour une raison quelconque, le trou noir est mal aligné avec son propre disque d'accrétion.
"Ce qui est différent dans le V404 Cygni, c'est que nous pensons que le disque de matière et le trou noir sont mal alignés», Déclare le professeur agrégé James Miller-Jones, du Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR) de l'Université Curtin, en Australie, qui est le principal auteur du nouveau document.
“Cela semble faire osciller la partie intérieure du disque comme une toupie qui ralentit et des jets de feu dans différentes directions au fur et à mesure qu'il change d'orientation.”
L'oscillation signifie que le matériau ne tombe pas dans le trou noir à un rythme uniforme. Quand il y a une explosion, cela signifie qu'une grande quantité de matière est tombée dans le trou en peu de temps. Cela augmente la quantité de matière dans le disque d'accrétion, provoquant une explosion d'énergie.
INTEGRAL faisait partie intégrante de cette étude car il a regardé le V404 Cygni pendant quatre semaines. D'autres observatoires n'ont pu observer que quelques heures. Les observations d'INTEGRAL ont permis aux scientifiques de comprendre la mécanique du trou noir, sa géométrie et ses niveaux d'énergie, et de faire le lien entre les matériaux entrants et sortants.
“Avec INTEGRAL, nous avons pu continuer à regarder le V404 Cygni en continu pendant quatre semaines, tandis que d'autres satellites à haute énergie ne pouvaient prendre que des instantanés plus courts.», Explique Erik Kuulkers, scientifique de projet INTEGRAL à l'ESA.
“Les données radiographiques soutenir un modèle où la partie intérieure du disque d'accrétion est inclinée par rapport au reste du système, très probablement en raison de la rotation du trou noir inclinée par rapport à l'orbite de l'étoile compagnon», Explique Simone.
La question demeure, pourquoi est-elle mal alignée?
Il n'y a que quelques suppositions préliminaires quant à la cause du désalignement. C'était peut-être une supernova.
Étant donné que le trou noir lui-même a été créé par une supernova, ce coup de pied initial peut avoir causé un désalignement du trou et du segment intérieur de son disque d'accrétion. C’est ce que montrent les simulations de toute façon.
“Les résultats s'inscriraient dans un scénario, également étudié dans des simulations informatiques récentes, où le flux d'accrétion au voisinage du trou noir et les jets peuvent tourner ensemble», Explique Kuulkers.
“Nous devrions nous attendre à une dynamique similaire dans tout trou noir à forte accrétion dont le spin est mal aligné avec le gaz entrant, et nous devrons prendre en compte les angles d'inclinaison des jets lors de l'interprétation des observations de trous noirs à travers l'Univers..”
Sources:
- Document de recherche: Une orientation du jet qui change rapidement dans le système de trous noirs de masse stellaire VG404 Cygni
- Communiqué de presse: Un trou noir cracheur
- Mission INTÉGRALE de l'ESA
- Communiqué de presse: Monster Black Hole se réveille après 26 ans
