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Des jets de gaz chauds s'échappant d'un trou noir supermassif repérés par des astronomes

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Des jets de gaz chauds s'échappant d'un trou noir supermassif repérés par des astronomes
Une image composite de Centaurus A, révélant des jets de plasma émanant du trou noir central de la galaxie. © ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al.
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Au cœur de chaque galaxie se trouve un trou noir supermassif, qui dévore tout ce qui passe à portée de son attraction gravitationnelle, c'est-à-dire presque tout. Les scientifiques ont repéré des jets de plasma — des flux d'énergie et de matière chaude — s'échappant du cœur de certains trous noirs à un tiers de la vitesse de la lumière. Les chercheurs ne savent toujours pas comment ces jets se forment ou s'échappent des vides célestes. Mais une nouvelle étude permet aux astronomes de mieux comprendre la relation entre les jets et leurs parents, les trous noirs.

Les chercheurs de l'Event Horizon Telescope collaboration — un groupe qui a reconstruit la toute première image d'un trou noir il y a deux ans — ont imagé les jets de plasma émis par un trou noir au centre de la galaxie Centaurus A, à environ 13 millions d'années-lumière de la Terre. Leurs observations révèlent que tous les jets se ressemblent étroitement, quelle que soit la masse du trou noir. La taille des jets est simplement mise à l'échelle, ce qui signifie que les petits jets proviennent de trous noirs plus petits.

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Image reconstituée d'un jet de plasma sortant du trou noir au centre de Centaurus A. Courtesy of Michael Janssen/Radboud University/Event Horizon Telescope

Cependant, même les plus petits de ces jets peuvent s'étendre loin dans l'univers. "Ils se dispersent pour former de gigantesques bulles de gaz chaud d'une taille de 100 000 années-lumière", explique à Insider Michael Janssen, astronome à l'Institut Max Planck de radioastronomie et à l'Université Radboud, et auteur principal de la nouvelle étude.

Un trou noir supermassif au plus près de la réalité

Pour obtenir une image du jet de Centaurus A, l'équipe de Michael Janssen s'est appuyée sur les données recueillies en avril 2017 par huit radiotélescopes synchronisés à travers le monde, formant ainsi un instrument de la taille de la Terre. L'image est donc une vue reconstituée, et non une photographie. "Pensez à un miroir que vous auriez brisé en morceaux", a exposé Michael Janssen. "Chaque tesson peut vous montrer un bout de visage. En utilisant les informations limitées que vous obtenez de chaque tesson, vous pouvez reconstituer ce à quoi vous ressemblez."

Une vue d'un jet de plasma sortant du trou noir au centre de la galaxie Messier 87. ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.

Ce n'est pas la première fois que des scientifiques se penchent sur les jets de plasma provenant d'un trou noir. En 2011, une équipe internationale a également imagé les jets de Centaurus A, mais les nouvelles images sont dix fois plus précises et 16 fois plus nettes que les précédentes. "Nous avons atteint un facteur de grossissement de 1 milliard", a déclaré Michael Janssen. "Nous regardons le jet avec une résolution sans précédent, immédiatement dans la région où il vient de naître et d'être lancé par le trou noir."

La netteté a aidé les chercheurs à comparer les jets du trou noir de Centaurus A — qui est 55 millions de fois plus massif que notre soleil — à ceux qui s'échappent de la galaxie Messier 87, à environ 54 millions d'années-lumière de la Terre. Le trou noir de Messier 87 est 6,5 milliards de fois plus massif que le soleil.

Les chercheurs ont également comparé les jets de Centaurus A à ceux d'autres trous noirs de différentes masses. Leurs résultats confortent l'idée que les petits trous noirs sont des versions réduites de leurs homologues plus massifs et qu'ils agissent de la même manière, quelle que soit leur masse ou la vitesse à laquelle ils accumulent de la matière et de l'énergie.

Les champs magnétiques pourraient être à l'origine de ces jets à grande vitesse

La première image jamais réalisée d'un trou noir, publiée par le télescope Event Horizon le 10 avril 2019. Event Horizon Telescope Collaboration/Maunakea Observatories via AP

Les trous noirs supermassifs se forment lorsque les étoiles s'effondrent sur elles-mêmes à la fin de leur cycle de vie. Ils tournent si vite qu'ils déforment l'espace-temps et que leur gravité attire tout ce qui se trouve à proximité. Comme même la lumière ne peut s'échapper, ces forces créent une ombre unique en forme de cercle parfait au centre du trou noir. Le bord de ce cercle est appelé l'horizon des événements.

Cette attraction gravitationnelle tord la lumière provenant du nuage de gaz, de poussière et de détritus spatiaux qui gravite autour du centre du trou noir — ce que l'on appelle le disque d'accrétion. "Les trous noirs se nourrissent de ce disque d'accrétion", a expliqué Michael Janssen. "Mais toutes les particules ne sont pas englouties. Certaines sont éjectées par le trou noir et s'échappent sous la forme de ces jets."

Vue d'artiste d'un trou noir. NASA/JPL-Caltech/Reuters

Les scientifiques n'ont pas encore compris ce qui anime ces flux de particules qui s'échappent, mais Michael Janssen suggère que les champs magnétiques situés sur les bords d'un trou noir contribuent à accélérer les jets. (Deux études menées en mars par d'autres membres de l'équipe du Event Horizon Telescope ont mis en évidence la présence d'un champ magnétique près de l'horizon des événements du trou noir Messier 87).

"Au fur et à mesure que le trou noir tourne, ces champs magnétiques commencent à être entraînés et se transforment en une structure en tire-bouchon", a indiqué Michael Janssen. Pendant tout ce temps, le champ magnétique en spirale recueille les particules entrantes. Puis, le champ se déploie et projette des gaz chauds et de l'énergie loin du trou noir. La force du champ magnétique est suffisante pour aider certaines particules à résister à la gravité du trou noir.

Selon l'astronome, les jets qui en résultent sont d'une taille époustouflante. "Si vous pouviez voir ces jets et le trou noir Centaurus A depuis la Terre, le trou noir semblerait aussi grand qu'une pomme à la surface de la Lune", a-t-il déclaré, "tandis que les jets seraient 16 fois plus larges que la lune elle-même."

Version originale : Aylin Woodward/Insider

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