Des trous noirs entourés d’échos de lumière ont été repérés dans la Voie lactée. Ce sont des éclats de rayons X qui rebondissent sur le disque de matière qui se trouve autour de chacune de ces singularités. Ils renseignent sur l’environnement de ces géants gravitationnels.

De nouveaux trous noirs entourés d’échos de lumière ont été identifiés au sein de notre galaxie, la Voie lactée. Ces spécimens ont été présentés le 2 mai 2022 dans The Astrophysical Journal, au sein d’une étude relayée le même jour par le Massachussetts Institute of Technology (MIT).

« Les trous noirs sont les laboratoires les plus extrêmes pour étudier la physique de l’accrétion et de l’éjection, et éventuellement pour tester les théories de la gravité », rappellent les auteurs dans leur étude. Des dizaines de milliers de trous noirs évoluent dans notre galaxie (et beaucoup plus dans tout l’Univers). Lorsque ces puits gravitationnels avalent du gaz et de la poussière, par exemple dérobés à une étoile malchanceuse, ils peuvent émettre des rayons X (plus exactement, c’est la couronne des trous noirs qui les émet).

La couronne d’un trou noir est une région composée d’électrons très chauds, produisant des rayons X qui se diffusent dans l’espace. Elle entoure le trou noir et se trouve au centre du disque d’accrétion.

Ces éclats « rebondissent » sur le disque contenant la matière en train d’être aspirée par le trou noir, décrit le MIT, créant comme un écho. Cela a pour conséquence d’illuminer temporairement l’environnement du trou noir concerné.

Jusqu’à présent, seuls 3 trous noirs avec de tels échos avec été repérés dans la Voie lactée. Grâce aux 8 nouveaux spécimens, ce total est porté à 11. Les trous noirs repérés ici sont situés dans des systèmes binaires, c’est-à-dire composés d’un trou noir et d’une étoile en orbite l’un autour de l’autre. Les échos de lumière peuvent s’avérer utiles pour mieux décrire l’environnement immédiat et extrême de ces colosses invisibles.

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Un trou noir, illustration (mignonne). Le disque d’accrétion est le disque orangé. // Source : Nino Barbey pour Numerama

Les échos autour de ces trous noirs ont été comparés

Les scientifiques ont travaillé sur un outil de recherche automatisé, nommé « Machine à réverbération ». Grâce à cet outil, ils ont parcouru des données obtenues par NICER (« Neutron Star Interior Composition Explorer »), un instrument installé à bord de la Station spatiale internationale (ISS) et dédié à l’étude des étoiles à neutrons. Les auteurs ont été jusqu’à comparer les échos des différents systèmes. Ils ont ainsi pu observer que dans chacun d’eux, le même processus se produit :

  • D’abord, une phase dite « dure », lors de laquelle le trou noir génère une couronne ainsi que des jets de plasma, émis au-dessus de ses pôles. Les intervalles entre les émissions de rayons X, et leurs échos, sont alors très brefs (de l’ordre de la milliseconde) ;
  • Quelques semaines plus tard, le trou noir entre dans une phase « douce », avec une transition de plusieurs jours. La couronne et le jet finissent par s’éteindre. Cette phase est marquée par des délais de plus en plus longs entre les jets et les échos.

L’hypothèse retenue pour expliquer ce délai plus long est que la distance entre la couronne et le disque du trou noir doit augmenter. La couronne pourrait connaître une ultime explosion. Or, pour les scientifiques, ce processus permettrait de comprendre comment les trous noirs les plus imposants, dits supermassifs, pourraient contribuer à la formation de galaxies. On pense effectivement qu’ils seraient capables d’éjecter des particules à des échelles cosmiques.