Des scientifiques découvrent pourquoi les trous noirs produisent les lumières les plus brillantes de l’univers

Des Scientifiques Découvrent Pourquoi Les Trous Noirs Produisent Les Lumières

Les trous noirs supermassifs sont responsables de certaines des lumières les plus brillantes de l’Univers. Cependant, ce ne sont pas eux qui produisent ces lumières. Ce qui produit réellement leur lumière vive, c’est le matériau qui les entoure, car ils aspirent activement ces matériaux.

Parmi les matériaux chauds tourbillonnants les plus brillants figurent des galaxies appelées blazars. Non seulement ils brillent avec la chaleur d’une sorte de manteau incandescent, mais ils canalisent également les matériaux dans des faisceaux « enflammés » qui sillonnent le cosmos, diffusant un rayonnement électromagnétique à des énergies difficiles à comprendre.

Lire la suite:

Les scientifiques ont enfin découvert le mécanisme qui produit l’incroyable lumière à haute énergie qui nous parvient il y a des années : des chocs dans les jets du trou noir qui accélèrent les particules à des vitesses vertigineuses. La recherche a été publiée dans Nature Astronomy.

« C’est un mystère vieux de 40 ans que nous avons résolu », a déclaré l’astronome Yannis Liodakis du Centre finlandais d’astronomie avec l’ESO (FINCA). « Nous avions enfin toutes les pièces du puzzle et l’image qu’elles formaient était claire. »

La plupart des galaxies de l’Univers sont construites autour d’un trou noir supermassif. Ces objets incroyablement grands se trouvent au centre galactique, faisant parfois très peu (comme le Sagittaire A*, le trou noir au cœur de la Voie lactée) et faisant parfois beaucoup.

Cette activité consiste à ajouter du matériel. Un vaste nuage se forme dans un disque équatorial autour du trou noir, l’encerclant comme de l’eau autour d’un drain.

Les interactions frictionnelles et gravitationnelles en jeu dans l’espace extrême autour d’un trou noir font que ce matériau se réchauffe et brille brillamment dans une variété de longueurs d’onde. Il s’agit d’une source de lumière provenant d’un trou noir.

L’autre – celui en jeu dans les blazars – sont des jets jumeaux de matière crachant des régions polaires à l’extérieur du trou noir, perpendiculairement au disque. On pense que ces jets sont du matériau du bord intérieur du disque qui, au lieu de tomber vers le trou noir, est accéléré le long des lignes de champ magnétique externes jusqu’aux pôles, où il est lancé à des vitesses très élevées, proches de la vitesse de lumière.

Des scientifiques decouvrent pourquoi les trous noirs produisent les lumieres
Image : Jurik Peter /

Pour qu’une galaxie soit classée comme un blazar, ces jets doivent être dirigés presque directement vers l’observateur. C’est nous, sur Terre. Grâce à l’accélération extrême des particules, elles rayonnent de lumière sur tout le spectre électromagnétique, y compris les rayons gamma et X à haute énergie.

La manière exacte dont ce jet accélère les particules à des vitesses aussi élevées est un point d’interrogation cosmique géant depuis des décennies. Mais maintenant, un nouveau télescope à rayons X puissant appelé Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), lancé en décembre 2021, a donné aux scientifiques la clé pour résoudre le mystère. C’est le premier télescope spatial à révéler l’orientation ou la polarisation des rayons X.

« Les premières mesures de polarisation des rayons X de cette classe de sources ont permis, pour la première fois, une comparaison directe avec les modèles développés à partir de l’observation d’autres fréquences lumineuses, de la radio aux rayons gamma de très haute énergie », explique l’astronome Immacolata Donnarumma de l’Agence spatiale italienne.

IXPE visait l’objet à haute énergie le plus brillant de notre ciel, un blazar appelé Markarian 501, situé à 460 millions d’années-lumière dans la constellation d’Hercule. Pendant un total de six jours en mars 2022, le télescope a collecté des données sur la lumière à rayons X émise par le jet du blazar.

Dans le même temps, d’autres observatoires mesuraient la lumière d’autres gammes de longueurs d’onde, de la radio à l’optique, qui étaient auparavant les seules données disponibles pour Markarian 501.

L’équipe a rapidement remarqué une curieuse différence dans la lumière des rayons X. Leur orientation était significativement plus tordue ou polarisée que les longueurs d’onde à plus faible énergie. Et la lumière optique était plus polarisée que les fréquences radio.

Cependant, la direction de polarisation était la même pour toutes les longueurs d’onde et alignée avec la direction du jet. L’équipe a découvert que cela est cohérent avec les modèles dans lesquels les chocs sur les jets produisent des ondes de choc qui fournissent une accélération supplémentaire sur la longueur du jet.

Limage historique du trou noir central de la Voie lactee.webp
Image : Observatoire européen austral (ESO)

Plus près de la collision, cette accélération est maximale, produisant un rayonnement X. Plus loin dans le jet, les particules perdent de l’énergie, produisant des émissions optiques de plus faible énergie puis des émissions radio, avec moins de polarisation.

« Lorsque l’onde de choc traverse la région, le champ magnétique devient plus fort et l’énergie des particules augmente », explique l’astronome Alan Marscher de l’Université de Boston. « L’énergie provient de l’énergie de mouvement du matériau qui produit l’onde de choc. »

On ne sait pas ce qui crée les chocs, mais un mécanisme possible est que le matériau plus rapide dans le jet rattrape les amas se déplaçant plus lentement, entraînant des collisions. Des recherches futures pourraient aider à confirmer cette hypothèse.

Comme les blazars sont parmi les accélérateurs de particules les plus puissants de l’Univers et l’un des meilleurs laboratoires pour comprendre la physique extrême, cette recherche marque une pièce très importante du puzzle.

Les recherches futures continueront d’examiner Markarian 501 et de cibler l’IXPE sur d’autres blazars pour voir si une polarisation similaire peut être détectée.

Via Alerte scientifique

Image en vedette : van van/

Avez-vous regardé les nouvelles vidéos sur Youtube du look numérique ? Abonnez-vous à la chaîne !