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Le «battement de cœur» des trous noirs résout le mystère vieux de plusieurs décennies des jets de plasma

 Le «battement de cœur» des trous noirs résout le mystère vieux de plusieurs décennies des jets de plasma


Le «battement de cœur» des trous noirs résout le mystère vieux de plusieurs décennies des jets de plasma

La lumière fluctuante d'un trou noir, observée pendant 15 ans, en a révélé plus sur la façon dont ces objets énigmatiques se nourrissent.


Tout d'abord, une structure appelée couronne se forme autour de l'extérieur de l'horizon des événements. Ensuite, de puissants jets de plasma sont lancés depuis les pôles, projetant le matériau de la couronne dans l'espace interstellaire à des vitesses proches de celle de la lumière dans le vide.


La découverte – comparée au battement rythmique d'un «battement de cœur» – résout une longue question ouverte dans la science des trous noirs.


"Cela semble logique, mais il y a eu un débat pendant vingt ans pour savoir si la couronne et le jet étaient simplement la même chose", explique l'astrophysicien Mariano Méndez de l'Université de Groningen aux Pays-Bas.


"Maintenant, nous voyons qu'ils surgissent les uns après les autres et que le jet découle de la couronne."



Le trou noir en question fait partie de GRS 1915+105, situé à environ 36 000 années-lumière du Soleil. C'est ce que nous appelons un microquasar – un trou noir de masse stellaire enfermé dans un système binaire proche avec un autre objet et s'en nourrissant ; dans le cas de GRS 1915+105, c'est une étoile normale.

Parce que les deux objets sont si proches l'un de l'autre, le trou noir enlève de la matière à l'étoile ; ce matériau forme un disque autour du trou noir qui l'alimente progressivement.

C'est la même chose que nous voyons à plus grande échelle dans les quasars, qui sont des noyaux galactiques qui contiennent un trou noir supermassif actif des millions à des milliards de fois la masse du Soleil.

Le trou noir GRS 1915+105 ne fait que 12 fois la masse du Soleil, donc microquasar ; même ainsi, c'est l'un des trous noirs de masse stellaire les plus massifs connus dans la Voie lactée.

Ce processus génère beaucoup de lumière à partir du chauffage du disque et de l'environnement compliqué autour du trou noir. Une structure génératrice de lumière est la couronne, entre le bord intérieur du disque d'accrétion et l'horizon des événements.

Il s'agit d'une région d'électrons brûlants que l'on pense être alimentés par le champ magnétique du trou noir, agissant comme un synchrotron pour accélérer les électrons à des énergies si élevées qu'ils brillent brillamment dans les longueurs d'onde des rayons X.

Ensuite, il y a les jets. On pense qu'il s'agit de matériaux accélérés le long des lignes de champ magnétique à l'extérieur de l'horizon des événements du trou noir vers les régions polaires, où ils sont lancés dans l'espace à grande vitesse, émettant de la lumière dans des longueurs d'onde radio.

C'est en tout cas ce que pensent les scientifiques. L'espace autour des trous noirs est si extrême qu'il est difficile de comprendre les processus qui s'y déroulent.

Méndez et ses collègues voulaient en savoir plus sur la façon dont les jets sont accélérés et lancés. Ils ont collecté des données radiographiques et radiographiques sur le microquasar collectées entre 1996 et 2012, et l'ont étudié avec soin pour trouver des indices.


Leur échantillon final consistait en 410 observations simultanées de rayons X et radio de GRS 1915+105. Cela signifiait qu'ils pouvaient observer les changements dans les deux types de lumière en même temps. Ils ont découvert que lorsque la lumière des rayons X est forte, la radio est faible, et vice versa ; et que les jets sont les plus puissants lorsque la couronne est la plus petite.

Cela suggère que l'énergie qui alimente le système microquasar peut être dirigée soit vers la couronne de rayons X, soit vers le jet relativiste. Ajoutés aux modèles des fluctuations de la lumière du système, les chercheurs ont conclu que, au moins dans GRS 1915+105, il semble que la couronne se transforme en jet.

"C'était tout un défi de démontrer cette nature séquentielle", a déclaré Méndez. "Nous avons dû comparer les données des années avec celles des secondes, et des énergies très élevées avec des énergies très basses."

La prochaine étape pour l'équipe sera d'essayer d'expliquer certaines bizarreries que leurs observations ont révélées. La couronne de rayons X est plus brillante, ont-ils découvert, que ce qui peut être expliqué par la seule température. Cela signifie que quelque chose d'autre pourrait être en jeu. L'équipe pense que le champ magnétique pourrait être responsable.

La rotation différentielle du trou noir et du disque d'accrétion peut entraîner l'enchevêtrement et le chaos des champs magnétiques. Lorsque le champ magnétique est chaotique, spécule l'équipe, la couronne se réchauffe ; lorsqu'il se remet en place, la matière peut s'échapper, et ainsi les jets sont lancés.

Et ce processus devrait également évoluer avec la masse du trou noir, ce qui pourrait nous aider à comprendre le comportement des quasars massifs.

"En principe", écrivent les chercheurs, "la même canalisation d'énergie vers le jet et la couronne devrait se produire dans les trous noirs supermassifs, et devrait donc s'appliquer à toute la gamme des masses des trous noirs dans le plan fondamental de l'activité des trous noirs".

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