Un trou noir découvert au centre d'une galaxie a surpris les scientifiques de la Nasa : il n'était pas censé exister sous cette forme à cet endroit, selon leurs prédictions. La présence de son disque d'accrétion était inattendue.

Un trou noir inattendu a été repéré au cœur d’une galaxie situé à 130 millions d’années-lumière de la Terre. Au centre de cet amas d’étoiles, la Nasa a découvert un disque d’accrétion, un disque de matière en orbite. Il n’aurait pas dû s’y trouver, selon les estimations des scientifiques qui ont raconté leur découverte dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society le 11 juillet 2019.

C’est dans la galaxie spirale NGC 3147, située dans la constellation du Dragon, que se trouve ce trou noir à l’environnement surprenant. Son disque d’accrétion est aplati et il tourne particulièrement vite autour du trou noir supermassif (équivalent à 1 million de masses solaires ou plus). Comme l’explique la Nasa dans un communiqué, la matière happée par ce trou noir devrait avoir une forme « comme un donut » — alors que le disque semble ici plus ressembler à « une crêpe ».

Le disque au centre de la galaxie NGC 3147. // Source : NASA, ESA, and A. Feild and L. Hustak (STScI)

« La présence d’un mince disque d’accrétion […] peut changer notre vision actuelle du flux d’accrétion », écrivent les auteurs de cette étude. NGC 3147 fait partie d’un certain type de galaxies, dont les trous noirs sont « mal nourris », explique la Nasa. Pour rappel, un trou noir empêche toute matière capturée d’en ressortir, y compris la lumière. Les trous noirs dont il est question ici ont certes un champ de gravitation intense, mais ils n’ont pas assez de matière à absorber. C’est pour cette raison que la matière qu’ils absorbent devrait prendre cette forme de beignet.

Que fait ce disque à cet endroit ?

Face à la galaxie NGC 3147,  les scientifiques sont surpris car ils ne savent pas expliquer pourquoi le disque est au contraire fin et plat. De tels disques d’accrétion sont en général présents autour de galaxies très actives, au milieu desquelles la communauté scientifique soupçonne que se cachent d’imposants trous noirs. En observant NGC 3147, les chercheurs pensaient pouvoir confirmer une hypothèse : l’absence de disque d’accrétion dans les galaxies faiblement actives, avec une faible luminosité.

À la place, ils ont vu du gaz en mouvement, dont la présence ne semble pouvoir être expliquée que par une chose : du matériel en rotation dans un disque fin, très proche du trou noir. D’habitude, ces disques sont observés dans des objets 1 000 à 100 000 fois plus lumineux.

L’horizon des événements d’un trou noir. // Source : Flickr/CC/Stuart Rankin (photo recadrée)

C’est grâce au télescope spatial Hubble que le disque d’accrétion au centre de la galaxie a pu être repéré. À l’aide du spectromètre STIS, l’un de ses instruments, le télescope a pu aider à déterminer plusieurs caractéristiques de ce disque, comme sa vitesse. Cette dernière est estimé à plus de 10 % de la vitesse de la lumière, soit 30 000 km/s. La masse du trou noir correspond quand à elle à 250 millions de masses solaires.

L’occasion unique de tester les théories d’Einstein

Même si l’observation révèle que la théorie des scientifiques était fausse, elle n’est pas un échec pour autant. Grâce à ce trou noir et son disque atypique, les chercheurs ont une opportunité rare d’en apprendre davantage sur les processus à l’œuvre à proximité du trou noir. C’est aussi l’occasion de tester les théories d’Albert Einstein sur la relativité.

Sans tenir compte des théories de la relativité, les scientifiques expliquent qu’ils n’auraient pas pu comprendre les données qu’ils ont recueillies avec Hubble. Le disque d’accrétion du trou noir au centre de NGC 3147 est « incrusté profondément dans le champ gravitationnel intense du trou noir », constate la Nasa. Selon les théories d’Einstein (sur la courbure de l’espace et la relation entre le temps et l’espace), sa lumière est donc déformée.

Tout l’enjeu est désormais de rechercher d’autres disques dans des galaxies comparables à NGC 3147. Là encore, les chercheurs comptent sur Hubble pour trouver des exemples supplémentaires de ce phénomène, qu’ils étaient loin d’imaginer. Il semblerait que les trous noirs, ces objets si mystérieux, n’aient pas fini de nous étonner.

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