Bien qu’étudiés depuis de nombreuses années, les trous noirs restent sans doute les objets les plus mystérieux du cosmos. Au nombre de ces mystères se trouvent les champs magnétiques des trous noirs, qui peuvent varier en intensité, et dont le mécanisme de formation et la dynamique sont encore mal connus. Cependant, pour la première fois, des astrophysiciens ont réussi à observer un champ magnétique autour d’un trou noir piégeant la matière alimentant ce dernier.

Au cœur de Cygnus A — une radiogalaxie active située à 600 millions d’années-lumière de la Terre, et l’une des sources radio les plus lumineuses du ciel — des astronomes ont constaté que des champs magnétiques piègent la matière qui alimente le trou noir supermassif. Un peu à la manière d’un filet cosmique. Les résultats de la découverte ont été publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

Cela pourrait aider les scientifiques à comprendre pourquoi certains noyaux galactiques sont extrêmement actifs et projettent d’énormes jets relativistes depuis leurs régions polaires, tandis que d’autres, comme Sagittarius A* de la Voie lactée, sont actifs par intermittence, et d’autres encore semblent complètement en sommeil.

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Selon les modèles actuels, les noyaux actifs de galaxies — c’est-à-dire un trou noir supermassif au centre d’une galaxie qui accrète activement de la matière — sont entourés d’un disque d’accrétion. Au-delà du disque d’accrétion, se trouve une structure en forme de tore, constituée de gaz et de poussière, qui alimente le disque. Le mécanisme qui sous-tend la formation d’une telle structure est encore mal connu, mais les observations de Cygnus A indiquent que les champs magnétiques seraient impliqués dans sa topologie torique.

cygnusa image radio

Image radio à 5 GHz de la radiogalaxie Cygnus A (flèche blanche) entourée par ses deux lobes radio. Crédits : Mhardcastle/VLA

Initialement, ces structures étaient difficiles à observer dans les longueurs d’onde optique et radio, mais un nouvel instrument, sensible aux émissions infrarouges des grains de poussière, a permis aux astronomes de contourner cette difficulté. Grâce à la High-resolution Airborne Wideband Camera-plus (HAWC +) embarquée à bord de l’observatoire stratosphérique d’astronomie infrarouge de la NASA (SOFIA), les astronomes ont pu isoler et observer le tore poussiéreux au cœur de Cygnus A.

« C’est toujours passionnant de découvrir quelque chose de complètement nouveau » déclare l’astronome Enrique Lopez-Rodriguez, du Centre des sciences SOFIA et de l’Universities Space Research Association. « Ces observations de HAWC + sont uniques. Elles nous montrent comment la polarisation infrarouge peut contribuer à l’étude des galaxies ».

champ magnetique tore

Illustration montrant comment le champ magnétique du trou noir façonne et maintient la région torique autour du disque d’accrétion. Crédits : NASA/SOFIA/Lynette Cook

La manière dont les jets relativistes se forment n’est pas clairement comprise non plus. Les scientifiques pensent que la matière du bord intérieur du disque d’accrétion se déplace le long des lignes de champ magnétique vers l’extérieur du trou noir pour être expulsée à partir des pôles à une vitesse proche de celle de la lumière.

Une étude récente a cependant révélé que le trou noir appelé V404 Cygni avait un champ magnétique beaucoup plus faible que prévu, malgré ses jets astrophysiques puissants — ce qui signifie que les champs magnétiques interagissant avec les trous noirs n’ont pas besoin d’être aussi puissants que prévu, ou bien qu’un autre mécanisme est en jeu.

Quoi qu’il en soit, les futures observations permettront d’éclairer cette dynamique complexe et la manière dont les champs magnétiques façonnent les environnements extrêmes entourant les trous noirs supermassifs.

« Si, par exemple, HAWC + révèle une émission infrarouge hautement polarisée originaire des noyaux actifs de galaxies mais pas des galaxies quiescentes, cela soutiendrait l’idée que les champs magnétiques régulent l’alimentation des trous noirs et renforcent la confiance des astronomes dans le modèle actuel concernant les galaxies actives » conclut la NASA.

Source : The Astrophysical Journal Letters

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