Une équipe de scientifiques s'est servi du phénomène des échos lumineux pour étudier un trou noir supermassif. La technique a permis d'en savoir plus sur la couronne de l'objet.

Grâce aux échos lumineux émis par un trou noir, des scientifiques ont pu avoir une représentation plus précise des régions internes de cet objet céleste. Le 20 janvier 2020, ils ont expliqué dans la revue Nature Astronomy comment ils ont pu étudier la couronne d’un trou noir et sa dynamique.

« Les observations des galaxies actives nous indiquent qu’il doit y avoir une ‘couronne’ chaude d’électrons près du trou noir, qui constitue une fraction substantielle de leur luminosité totale », écrivent les auteurs. Ils ont voulu en savoir davantage sur l’environnement du trou noir de la galaxie active IRAS 13224–3809, située à un milliard d’années-lumière de la Terre.

Une représentation d’un trou noir. // Source : Flickr/CC/Roxanne Ready (photo recadrée)

Le trou noir (une région de l’espace dont le champ gravitationnel empêche tout rayonnement de sortir) de cette galaxie est supermassif, c’est-à-dire que sa masse représente au moins un million de fois celle du Soleil. Il est présenté comme « l’un des objets à rayons X les plus variables du ciel » par les scientifiques.

Qu’est-ce qu’un écho lumineux ?

Quand de la matière tombe dans un trou noir, cela provoque l’émission de rayons X. Comme pour le phénomène de l’écho sonore (la réflexion du son), un écho lumineux peut se produire lorsque le rayon lumineux interagit avec du gaz situé dans le voisinage du trou noir. Pour l’observateur, le phénomène peut donner l’impression que cette zone de l’espace est déformée, à cause de l’attraction gravitationnelle exercée par le trou noir. Ce sont ces échos lumineux que les chercheurs ont voulu exploiter afin d’obtenir un schéma plus complet de l’environnement du trou noir de la galaxie IRAS 13224–3809.

La technique permet d’obtenir une représentation dynamique de « la région immédiate autour du trou noir, qui est inaccessible autrement », constatent les auteurs. Grâce aux échos lumineux, il devient possible de mieux comprendre les régions les plus internes du trou noir. Les scientifiques ont par exemple constaté que la couronne avait changé de taille très vite, en à peine quelques jours (car l’écho lumineux changeait lui aussi). Ils ont aussi pu déterminer que le trou noir est deux millions de fois plus massif que le Soleil.

L’écho lumineux. // Source : Wikimedia/CC/Arkyan (annotations Numerama)

Une technique prometteuse pour l’étude des trous noirs lointains

Pour observer les échos lumineux autour de ce trou noir, les scientifiques se sont servis de XMM-Newton, un observatoire spatial de l’Agence spatiale européenne. Les observations ont été réalisées entre 2011 et 2016.

L’observation des trous noirs et de leur environnement proche en utilisant les échos lumineux est une technique prometteuse. Un projet comme celui de l’Event Horizon Telescope, qui a immortalisé la première image d’un trou noir en 2019, ne peut fonctionner qu’avec les trous noirs supermassifs les plus proches de la Terre (celui de M87 et celui de la Voie lactée). Il faut donc envisager d’autres méthodes, comme celle présentée dans cette étude, pour les trous noirs plus lointains.

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