Les disques d’accrétion s’alignent d’une façon bien particulière avec leurs trous noirs. Une équipe d’astronomes et astrophysiciens a levé le voile sur ce mystère dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society le 5 juin 2019.
Le disque d’accrétion désigne la matière en orbite autour des trous noirs. Ces structures se forment lorsqu’un trou noir absorbe de la matière (certains trous noirs sont plus actifs que d’autres). Une théorie soupçonne que « les parties internes d’un disque s’alignent sur le plan médian d’un trou noir », rappellent les auteurs. Elle a été présentée en 1975 par deux physiciens de l’université de Yale, Jim Bardeen et Jacobus Petterson. L’hypothèse de cet alignement si particulier n’a pas été vérifiée avant aujourd’hui.
Un trou noir est une région de l’espace où le champ de gravitation est si intense que rien ne peut s’en échapper, pas même la lumière. On pense aujourd’hui que des trous noirs se trouvent au cœur de toutes les grandes galaxies (la question n’est pas résolue pour les galaxies naines). Lorsque le trou noir absorbe de la matière, un disque d’accrétion se forme. Depuis des décennies, la communauté scientifique tente de vérifier la théorie de Jim Bardeen et Jacobus Petterson, pour enfin savoir comment ce disque s’aligne avec l’équateur du trou noir. Comme pour l’équateur terrestre, on peut imaginer une ligne imaginaire qui se trouverait à mi-chemin du trou noir (qui apparaît géométriquement comme une sphère).
Pourquoi connaître cet alignement est-il si crucial ?
La nouvelle simulation informatique vient confirmer que l’intérieur du disque d’accrétion est aligné sur ce plan équatorial, tandis que la région externe de ce disque est inclinée. « Ces détails autour du trou noir peuvent sembler anodins, mais ils ont un impact énorme sur ce qu’il se passe dans la galaxie entière. Ils contrôlent la vitesse à laquelle les trous noirs tournent et l’effet des trous noirs sur l’ensemble de leurs galaxies », explique Alexander Tchekhovskoy, physicien et astronome à l’université Northwestern et co-auteur de l’étude dans un communiqué.
Jusqu’à présent, les simulations informatiques n’étaient pas assez puissantes pour étudier l’alignement entre un trou noir et son disque d’accrétion. Il fallait pouvoir tenir compte de déformations de l’espace temps, provoquées par le trou noir auprès duquel évolue le disque d’accrétion. La simulation devait prendre en compte la relativité générale, la théorie d’Einstein sur la déformation de l’espace et du temps sous l’effet des masses.
44 ans après l’article de Jim Bardeen et Jacobus Petterson, les astronomes ont enfin une réponse à cette énigme scientifique. L’expérience révèle aussi qu’il est possible de simuler ces objets astronomiques en tenant compte de la relativité générale. Ce procédé pourrait aider à résoudre encore bien d’autres mystères sur les trous noirs, ces objets que l’on commence à peine à observer directement.
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