Les astronomes utilisant le télescope spatial James Webb ont observé des éruptions lumineuses dynamiques près du très grand trou noir situé au centre de la Voie lactée. (temps de lecture 8 minutes.)
Ce spectacle constant et rapide comprend quotidiennement de brefs éclairs de quelques secondes et des éruptions lumineuses plus longues et aveuglantes.
Les observations du télescope spatial James Webb marquent l’étude la plus longue et la plus détaillée que les chercheurs aient pu faire du trou noir central de la Voie lactée, appelé Sagittarius A*, en s’appuyant sur les preuves passées de son activité hautement énergétique.
Alors que les trous noirs sont invisibles, les éruptions provoquées par le disque tourbillonnant de gaz et de poussière chauds, ou disque d’accrétion, qui tourne autour de Sagittarius A* ressemblent à un spectacle pyrotechnique extravagant. Une étude décrivant les résultats a été publiée mardi dans The Astrophysical Journal Letters
Les astronomes pensent que les éruptions proviennent du bord intérieur du disque d’accrétion, juste au-delà de l’horizon des événements du trou noir, ou de la zone autour d’un trou noir où l’attraction gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut s’échapper, selon la NASA.
« Dans nos données, nous avons observé une luminosité changeante et bouillonnante », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Farhad Yusef-Zadeh, professeur de physique et d’astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de l’Université Northwestern, dans un communiqué.
« Et puis boum ! Une grande explosion de luminosité a soudainement surgi. Puis, elle s’est calmée à nouveau. Nous n’avons pas pu trouver de modèle dans cette activité. Elle semble aléatoire. Le profil d’activité de ce trou noir était nouveau et passionnant à chaque fois que nous l’observions. »
Ces observations pourraient nous éclairer sur le comportement des trous noirs et la façon dont ils se nourrissent de leur environnement.
Observer un feu d’artifice céleste
La forte influence gravitationnelle des trous noirs attire le gaz et la poussière de tout objet céleste qui s’approche trop près. Le gaz et la poussière tourbillonnent ensemble à grande vitesse, formant le disque d’accrétion qui alimente le trou noir.
Le mouvement rapide de la matière la fait chauffer, libérant de l’énergie sous forme de rayonnement ainsi que des jets de matière qui ne parviennent pas dans le trou noir.
Le rayonnement et les jets peuvent modifier la répartition du gaz dans les galaxies et alimenter la formation d’étoiles, c’est pourquoi les trous noirs supermassifs sont considérés comme des moteurs géants au centre des galaxies.
Yusef-Zadeh et ses collègues ont observé Sagittarius A*, également appelé Sgr A*, pendant 48 heures sur une période d’un an par incréments de huit à dix heures, en utilisant la caméra proche infrarouge de Webb pour suivre l’activité du trou noir. L’équipe a repéré cinq à six grandes éruptions par jour ainsi que des éclairs de lumière plus petits entre les deux.
« On s’attend à ce que des éruptions se produisent dans pratiquement tous les trous noirs supermassifs, mais notre trou noir est unique », a déclaré Yusef-Zadeh. « Il bouillonne toujours d’activité et ne semble jamais atteindre un état stable.
Nous avons observé le trou noir à plusieurs reprises en 2023 et 2024, et nous avons remarqué des changements à chaque observation. Nous avons vu quelque chose de différent à chaque fois, ce qui est vraiment remarquable. »
La variabilité de l’activité du trou noir est probablement due à la nature aléatoire du matériau s’écoulant dans le disque d’accrétion, a déclaré Yusef-Zadeh.
L’équipe pense que les courtes rafales de lumière sont créées par de petites fluctuations turbulentes à l’intérieur du disque d’accrétion qui pourraient comprimer le gaz chaud et énergétique appelé plasma et provoquer un éclair de rayonnement.
« C’est similaire à la façon dont le champ magnétique du Soleil se rassemble, se comprime, puis provoque une éruption solaire », a déclaré Yusef-Zadeh dans un communiqué. « Bien sûr, les processus sont plus spectaculaires car l’environnement autour d’un trou noir est beaucoup plus énergétique et beaucoup plus extrême. »
Par ailleurs, les éruptions plus longues et plus importantes peuvent se produire en raison d’événements de reconnexion magnétique, ou lorsque deux champs magnétiques différents entrent en collision près du trou noir et libèrent des particules énergétiques se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.
« Un événement de reconnexion magnétique est comme une étincelle d’électricité statique, qui, dans un sens, est aussi une « reconnexion électrique » », a déclaré Yusef-Zadeh.
Un « arc-en-ciel » d’activité
Les capacités de Webb ont permis à l’équipe d’observer simultanément l’éruption du trou noir sur deux longueurs d’onde de lumière différentes.
« (C’était comme) voir le monde en couleur plutôt qu’en noir et blanc, et (nous) avons trouvé des arcs-en-ciel », a déclaré Yusef-Zadeh. « Cela nous renseigne plus directement sur la nature de l’activité éruptive et les caractéristiques physiques du mécanisme de rayonnement, du champ magnétique et de la densité des éruptions. »
Les observations permettent d’examiner plus en détail la façon dont l’activité du trou noir varie en luminosité au fil du temps, a déclaré Tuan Do, professeur associé au département de physique et d’astronomie et directeur adjoint du Galactic Center Group à l’UCLA.
Do n’a pas participé à cette étude, mais a mené des recherches sur Sagittaire A* dans le passé, notamment lorsque le trou noir a présenté une activité inhabituelle en 2019.
« Les nouvelles données montrent que Sgr A* est environ deux fois moins lumineux qu’en 2019, donc je pense que 2019 est encore une année d’activité inhabituelle pour le trou noir », a déclaré Do.
« Le trou noir et son environnement sont cependant en constante évolution, donc nous ne savons jamais ce que nous allons trouver ! C’est ce qui rend les observations du centre galactique si passionnantes, même si nous observons cet endroit dans le ciel depuis des décennies maintenant. »
Lorsque les auteurs de la dernière étude ont observé simultanément les deux longueurs d’onde de la lumière émise par le trou noir, ils ont constaté que la longueur d’onde la plus courte changeait de luminosité juste avant la longueur d’onde la plus longue.
Cette observation suggère que les particules perdent de l’énergie plus rapidement lorsqu’elles tournent en spirale autour des lignes de champ magnétique.
Les changements de luminosité ont été observés lors de précédentes recherches et de récentes données complémentaires provenant de l’instrument infrarouge moyen du télescope Webb et d’autres observatoires.
« Je pense que la prochaine grande étape consisterait à essayer de relier ces différentes sources de données entre elles pour obtenir une image plus complète de la physique de l’environnement autour du trou noir supermassif », a déclaré Do.
La nouvelle étude confirme également que le trou noir présente une « variabilité continue », comme cela avait déjà été observé, a déclaré Mark Morris, professeur de recherche émérite au département de physique et d’astronomie de l’UCLA. Morris n’a pas participé à la nouvelle étude.
« Les astronomes spécialistes des rayons X ont des preuves raisonnablement solides qu’au cours des quelques centaines d’années passées, il y a eu au moins un, voire deux cas d’énormes éruptions », a déclaré Morris par e-mail, « avec des intensités (10 000 à 100 000) fois plus importantes que tout ce que nous avons observé au cours du dernier quart de siècle où nous avons examiné de près Sgr A* ».
Qu’est-ce qui a pu provoquer ces éruptions ? Les astronomes ne le savent toujours pas, mais il est possible que le trou noir ait englouti une planète il y a quelques centaines d’années, a déclaré M. Morris.
Lorsque le soleil libère des tempêtes solaires, les scientifiques s’inquiètent car une telle activité peut potentiellement affecter le GPS, les communications et le réseau électrique sur Terre.
Mais à 25 000 années-lumière de distance, l’activité hautement énergétique et variable du trou noir central de la Voie lactée n’est pas préoccupante, a déclaré M. Morris.
Cependant, les observations du télescope Webb permettent aux chercheurs de comprendre quel type de « tempêtes » sont créées lorsque la matière est comprimée et chauffée lorsqu’elle est attirée vers le trou noir.
« Au-delà du simple intérêt pour les feux d’artifice les plus éblouissants que l’univers puisse produire, ces feux d’artifice peuvent avoir un effet profond sur l’évolution des galaxies dans lesquelles ils se trouvent », a déclaré Morris.
« Ils peuvent provoquer ou empêcher la formation d’étoiles à grande échelle, ils peuvent éliminer le gaz et vider les galaxies, les empêchant ainsi de former des étoiles. »
Une observation plus longue
Les auteurs de l’étude ne pensent pas que le trou noir ait connu un pic d’activité inhabituel, mais ils veulent observer Sagittaire A* pendant 24 heures ininterrompues pour en être sûrs.
« Nous pouvons également voir si ces éruptions présentent une périodicité (ou se répètent) ou si elles sont vraiment aléatoires », a déclaré Yusef-Zadeh.
Les astronomes ne savent toujours pas à quelle vitesse tourne Sagittaire A* lorsqu’il engloutit de la matière, mais des observations plus longues pourraient fournir les données nécessaires pour trouver la réponse.
En fin de compte, davantage de données issues des observations de Sagittaire A* par le télescope spatial James Webb pourraient aider les astronomes à simuler le comportement des disques d’accrétion autour des trous noirs, ainsi qu’à comparer le comportement des trous noirs moins actifs sur le plan énergétique avec celui des trous noirs plus actifs.
~ Ashley Strickland
Ce contenu ainsi que les informations et les opinions qui y sont exprimées sont ceux de leurs auteurs et ne reflètent pas nécessairement mon opinion. Tout commentaire négatif ou inapproprié sera systématiquement supprimé et l’auteur bloqué.