Des astronomes ont repéré des rayons X derrière un trou noir supermassif

NASA/JPL-Caltech

Lorsque le gaz tombe dans un trou noir, il libère une énorme quantité d'énergie et émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les directions, faisant de ces objets l'un des plus brillants de l'univers connu. Mais les scientifiques n'ont jamais pu voir la lumière et d'autres rayonnements d'un trou noir supermassif que lorsqu'il brille directement vers nos télescopes - tout ce qui se trouve derrière lui a toujours été obscurci.

Jusqu'à maintenant. Une nouvelle étude publié dans Nature démontre la première détection de rayonnement provenant de derrière un trou noir - plié à la suite de la déformation de l'espace-temps autour de l'objet. C'est une autre preuve de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

'C'est un résultat vraiment excitant', déclare Edward Cackett, un astronome de la Wayne State University qui n'a pas participé à l'étude. «Bien que nous ayons déjà vu la signature des échos de rayons X, jusqu'à présent, il n'a pas été possible de séparer l'écho qui vient de derrière le trou noir et se courbe dans notre champ de vision. Cela permettra une meilleure cartographie de la façon dont les choses tombent dans les trous noirs et de la façon dont les trous noirs courbent l'espace-temps autour d'eux.

La libération d'énergie par les trous noirs, parfois sous forme de rayons X, est un processus absurdement extrême. Et parce que les trous noirs supermassifs libèrent tellement d'énergie, ils sont essentiellement des centrales électriques qui permettent aux galaxies de se développer autour d'eux. Si vous voulez comprendre comment les galaxies se forment, vous devez vraiment comprendre ces processus à l'extérieur du trou noir qui sont capables de libérer ces énormes quantités d'énergie et de puissance, ces sources de lumière incroyablement brillantes que nous étudions, explique Dan Wilkins, un astrophysicien à l'Université de Stanford et l'auteur principal de l'étude.

L'étude se concentre sur un trou noir supermassif au centre d'une galaxie appelée I Zwicky 1 (I Zw 1 en abrégé), à environ 100 millions d'années-lumière de la Terre. Dans les trous noirs supermassifs comme ceux de I Zw 1, de grandes quantités de gaz tombent vers le centre (l'horizon des événements, qui est essentiellement le point de non-retour) et ont tendance à s'aplatir en un disque. Au-dessus du trou noir, une confluence de particules suralimentées et d'activité de champ magnétique entraîne la production de rayons X de haute énergie.

Certains de ces rayons X brillent droit sur nous, et nous pouvons les observer normalement, à l'aide de télescopes. Mais certains d'entre eux brillent également vers le disque plat de gaz et se refléteront dessus. La rotation du trou noir I Zw 1 ralentit à un rythme plus élevé que celui observé dans la plupart des trous noirs supermassifs, ce qui fait que le gaz et la poussière environnants tombent plus facilement et alimentent le trou noir dans plusieurs directions. Ceci, à son tour, conduit à des émissions de rayons X plus importantes, c'est pourquoi Wilkins et son équipe étaient particulièrement intéressés.

Alors que Wilkins et son équipe observaient ce trou noir, ils ont remarqué que la couronne semblait clignoter. Ces éclairs, causés par des impulsions de rayons X réfléchies par l'énorme disque de gaz, provenaient de derrière l'ombre du trou noir, un endroit qui est normalement caché à la vue. Mais parce que le trou noir courbe l'espace qui l'entoure, les réflexions des rayons X sont également courbées autour de lui, ce qui signifie que nous pouvons les repérer.

Les signaux ont été trouvés à l'aide de deux télescopes spatiaux différents optimisés pour détecter les rayons X dans l'espace : NuSTAR, qui est géré par la NASA, et XMM-Newton, qui est géré par l'Agence spatiale européenne.

La plus grande implication de ces nouvelles découvertes est qu'elles confirment ce qu'Albert Einstein avait prédit dans le cadre de sa théorie de la relativité générale - la façon dont la lumière devrait se courber autour d'objets gargantuesques comme des trous noirs supermassifs.

C'est la première fois que nous voyons vraiment la signature directe de la façon dont la lumière se plie derrière le trou noir dans notre champ de vision, car de la façon dont le trou noir déforme l'espace autour de lui-même, dit Wilkins.

'Bien que cette observation ne change pas notre image générale de l'accrétion des trous noirs, c'est une belle confirmation que la relativité générale est en jeu dans ces systèmes', déclare Erin Kara, astrophysicienne au MIT qui n'a pas participé à l'étude.

Malgré leur nom, les trous noirs supermassifs sont si éloignés qu'ils ressemblent vraiment à des points de lumière uniques, même avec des instruments de pointe. Il ne sera pas possible de prendre des images de chacun d'eux comme les scientifiques ont utilisé le télescope Event Horizon pour capturer l'ombre d'un bla supermassif ck trou dans Galaxie M87.

Ainsi, bien qu'il soit encore tôt, Wilkins et son équipe espèrent que la détection et l'étude d'un plus grand nombre de ces échos de rayons X derrière le virage pourraient nous aider à créer des images partielles ou même complètes de trous noirs supermassifs distants. À son tour, cela pourrait les aider à percer de grands mystères sur la croissance des trous noirs supermassifs, à soutenir des galaxies entières et à créer des environnements où les lois de la physique sont poussées à l'extrême.

Correction du 03/08/21 : La version initiale de cette histoire indiquait à tort qu'Einstein avait fait sa prédiction en 1963. Nous regrettons l'erreur.

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