Des signaux répétitifs similaires à des « battements cardiaques » en provenance de certains trous noirs lors de l’absorption massive de gaz, ont été enregistrés par une équipe d’astronomes chinois. L’étude de ces pulsations régulières, confirmées par une analyse approfondie du comportement d’un trou noir spécifique, pourrait offrir une meilleure compréhension des processus complexes se déroulant à proximité de ces mystérieux objets massifs. Les données sont issues des observatoires spatiaux NICER et NuSTAR.
En 2007, un signal mystérieux provenant d’un trou noir de la galaxie RE J1034+396, rappelant le rythme cardiaque, a été enregistré. Près d’une décennie plus tard, le satellite XMM-Newton de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), spécialisé dans l’observation des rayons X, avait enregistré des « battements » similaires, confirmant ainsi la persistance et l’intensité de ces pulsations.
Les trous noirs, lorsqu’ils appartiennent à un système binaire et partagent une orbite avec une étoile active, aspirent progressivement le gaz de cette dernière. Cette matière absorbée se compresse et se réchauffe, atteignant des températures extrêmes et émettant de puissants rayons X. Ce processus peut, lorsqu’une grande quantité de matière est absorbée en une seule fois, provoquer des explosions. Des observations détaillées ont montré que, parallèlement à ces éruptions globales, des impulsions régulières peuvent également survenir.
Pour élucider l’origine de ces pulsations, des scientifiques de l’Institut de physique des hautes énergies de l’Académie chinoise des sciences ont mené une nouvelle étude. Ils ont analysé les données d’observation d’IGR J17091–3624, un trou noir situé à 28 000 années-lumière de la Terre, recueillies entre juin et juillet 2022 par les observatoires spatiaux NICER et NuSTAR. Les chercheurs ont découvert un nouveau modèle de variabilité, baptisé Classe X, caractérisé par des impulsions symétriques régulières dans les émissions de rayons X.
Le disque d’accrétion des trous noirs au cœur de l’étude
« Dans cette étude, nous effectuons une analyse détaillée à résolution de phase de la variabilité de classe X de type ‘battement cardiaque’ récemment identifiée dans IGR J17091-3624 lors de son explosion de 2022 », ont déclaré les chercheurs dans leur étude, publiée sur le serveur de prépublication arXiv. Le document révèle une diminution des émissions de rayons X à haute énergie lorsque les impulsions sont à leur apogée. Ils précisent : « Une pénurie dans le flux de rayons X à haute énergie (> 20 keV) est détectée aux phases de pointe de l’éruption de rayons X mous à un niveau de confiance d’environ 15 sigma à partir des courbes de lumière à repli de phase ».
L’équipe a également observé des variations dans la forme spectrale. Lorsque de la matière arrive dans un trou noir, elle se comprime pour former un disque en rotation rapide appelé disque d’accrétion. Si le bord intérieur de ce disque s’incline, le reste brille sous l’effet des rayons X, créant une instabilité à l’origine des variations.
L’anti-corrélation du phénomène, c’est-à-dire la diminution de la quantité de rayons X émise, suggère une interaction entre ce disque d’accrétion et la couronne d’électrons environnante. Ainsi, lorsque le disque se fragmente temporairement, il perd sa cohésion et envoie un amas de matière significatif vers le trou noir, libérant une quantité importante de rayonnement. Ce processus déclenche une impulsion, et lorsque le rayonnement réchauffe le gaz, celui-ci se stabilise avant que le cycle ne se répète, générant ainsi une nouvelle pulsation (le « battement cardiaque »).
L’équipe a également constaté que la température et le débit du disque varient de manière synchronisée avec la fréquence des impulsions. Cela indique que les instabilités au sein du disque sont le principal facteur des éruptions. Ce comportement fait écho à une découverte de 2022 par une équipe distincte, dirigée par l’astrophysicien Mariano Méndez de l’Université de Groningen, aux Pays-Bas, concernant le trou noir GRS 1915+105.
Ces signaux de battement sont cependant des phénomènes rares, observés jusqu’à présent dans seulement deux trous noirs parmi les centaines étudiés. Les résultats de cette étude devraient tout de même ouvrir la voie à une meilleure compréhension des trous noirs de masse stellaire.
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