L'éruption d'un trou noir stellaire filmée par Chandra

MAXI J1820+070 est un trou noir stellaire dans la Voie lactée dont on peut inférer l'existence parce qu'il émet copieusement des rayons X en accrétant de la matière. Il a été observé à plusieurs reprises par Chandra à ces longueurs d'ondes ; les images prises par ce satellite de la Nasa permettent maintenant de voir un time-lapse d'une éruption s'accompagnant de l'émission de jets de matière faussement transluminiques.

La collaboration Event Horizon Telescope nous a déjà émerveillés en dévoilant la première image d’un trou noir, en l'occurrence M87*. Ses membres nous laissent espérer que l'on aura bientôt une image similaire montrant Sgr A* qui lui est situé au cœur de notre Voie lactée. Mieux, des films de l'activité autour du trou noir supermassif de notre Galaxie seraient possibles.

En attendant, le satellite Chandra de la Nasa nous a déjà livré en rayons X des images montrant cette activité dans le cas d'un trou noir stellaire situé à seulement 10.000 années-lumière du Système solaire. Ce n'est pas un inconnu et il a déjà fait parlé de lui car il s'agit de l'astre compact et source de rayons X dénommé MAXI J1820+070. Avec ses 8 masses solaires, il arrache par son champ de gravité de la matière à son étoile compagne contenant environ une demi-masse solaire. Il est donc entouré d'un disque d'accrétion. Des processus magnétohydrodynamique complexes associés à l'espace-temps courbe d'un trou noir de Kerr en rotation et au plasma généré dans ce disque le conduisent à émettre des jets de matière. Des instabilités associées à l'accrétion y sont également la cause de flashs intermittents d'ondes électromagnétiques.

Une équipe d'astrophysiciens menés par Mathilde Espinasse, de l'Université de Paris, a en effet étudié MAXI J1820+070 au cours de quatre campagnes d'observations en novembre 2018 puis, février, mai et juin 2019. Les images obtenues et leurs analyses font l'objet d'un article publié dans The Astrophysical Journal Letters mais que l'on peut également consulter librement sur arXiv.

Des jets de trous noirs faussement transluminiques

Les chercheurs en ont fait une sorte de time-lapse montrant des éjections de paquets de particules dans deux jets diamétralement opposés. Ces jets donnent lieu à l'existence d'une illusion d'optique bien connue depuis des décennies avec notamment les quasars. Une analyse naïve des observations laisse en effet initialement penser que l'on observe parfois des particules dans ces jets qui vont à des vitesses supraluminiques donc qui semblent aller plus vite que la lumière. Les jets du trou noir supermassifs M87* sont d'ailleurs un bon exemple de ce phénomène qui ne viole pas en réalité la théorie de la relativité restreinte puisque les particules vont en fait moins vite que la lumière.

L'illusion de vitesses transluminiques se produit lorsque les jets d'un trou noir sont presque parallèles à la direction d'observation depuis la Terre. Dans le cas des images prises par Chandra, le jet émis au pôle sud de MAXI J1820 + 070 se rapproche de nous alors que celui émis au pôle nord s'éloigne. On a alors l'impression que le premier traduit des vitesses de l'ordre de 60 % de la vitesse de la lumière pour la matière alors que le second jet semble formé de particules se déplaçant à 160 % de la vitesse de la lumière. La vitesse réelle des particules dans les deux jets est en réalité supérieure à 80 % de la vitesse de la lumière mais lui reste inférieure.

Un trou noir laboratoire pour comprendre les jets relativistes

De plus amples précisions sur ces jets ont été obtenues en étudiant MAXI J1820 + 070 dans le domaine des ondes radios avec en particulier le célèbre Karl G. Jansky Very Large Array (le « Très grand réseau Karl-G.-Jansky ») ou VLA, un réseau de radiotélescopes permettant de faire de la synthèse d'ouverture, comme si on disposait d'un seul instrument de très grande taille. C'est d'ailleurs avec le VLA qu'avaient initialement été mis en évidence des mouvements supraluminiques apparents avec MAXI J1820 + 070.

Les données fournies ont permis aux astrophysiciens d'estimer à mille comètes de Halley, ou environ 500 millions de fois la masse de l'Empire State Building, la quantité de matière éjectée par le trou noir en quelques heures en 2018 et que l'on retrouve finalement dans les jets observés.

La matière dans les jets s'est ensuite ralentie en pénétrant dans le milieu interstellaire après avoir créé l'équivalent des ondes de chocs d'un avion supersonique. La combinaisons des données dans le domaine radio et X va permettre aux astrophysiciens relativistes de mieux comprendre les jets des trous noirs et indirectement leurs effets sur l'évolution des galaxies quand ils sont produits par des trous noirs supermassifs.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/trou-noir-eruption-trou-noir-stellaire-filmee-chandra-81288/?fbclid=IwAR3LlcyRblEkG8oJDXzy2omPZes_biHHSCT8tRr3gpUvIqaT0ZaF-wPfJrA#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura