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Bien que les trous noirs eux-mêmes ne soient pas des sources lumineuses, le disque d’accrétion composé de poussières et de gaz qui les entoure est, lui, à l’origine de l’émission d’un puissant rayonnement électromagnétique (visible, rayons X, gamma, radio, etc). L’environnement immédiat d’un trou noir actif émet donc de la lumière. Cependant, récemment, une équipe d’astrophysiciens a réalisé une découverte intrigante : un trou noir galactique possédant un cycle de luminosité de 9 heures. C’est le premier trou noir pour lequel un cycle d’émission aussi rapide et constant est observé, et les chercheurs ne savent toujours pas avec certitude quelle en est la cause.

Toutes les 9 heures, le trou noir situé au centre de la galaxie GSN 069, à environ 250 millions d’années-lumière de distance de la Terre, envoie un flux lumineux de rayons X vers notre planète. Il s’agit d’un trou noir actif ; dans le processus d’accrétion, la matière se réchauffe et émet un rayonnement électromagnétique lorsqu’elle tombe vers l’horizon des événements. Mais en 2018, les chercheurs qui utilisaient le télescope XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne (ESA) ont découvert que, à chaque pic de ce cycle de 9 heures, le trou noir de GSN 069 devenait environ 100 fois plus lumineux dans les rayons X.

« C’était complètement inattendu » déclare Giovanni Miniutti, astronome au Centre d’astrobiologie espagnol et auteur principal de l’étude publiée dans la revue Nature. « Les trous noirs géants clignotent régulièrement comme une bougie, mais les changements rapides et répétés observés dans GSN 069 à partir de décembre sont quelque chose de complètement nouveau ».

cycle trou noir

Animation (accélérée) de la courbe de luminosité du trou noir. Toutes les 9 heures, le trou noir passe par un pic de luminosité dans les rayons X. Crédits : ESA/XMM-Newton; G. Miniutti & M. Giustini

Configuration atypique ou instabilité du disque d’accrétion ?

Les chercheurs n’ont pas donné d’explication définitive au phénomène. Mais il est clair, selon eux, qu’il existe une sorte de trou ou d’instabilité dans le disque d’accrétion entourant le trou noir. Peut-être quelque chose à propos du disque lui-même fait-il tomber la matière dans le trou noir selon un schéma régulier, ou peut-être quelque chose à proximité (peut-être un autre trou noir) perturbe-t-il le disque de manière cyclique.

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courbe luminosite tn

Courbes de luminosité du trou noir mesurées par l’observatoire Chandra et X-MM Newton entre décembre 2018 et février 2019. Des pics d’émission de rayons X apparaissent toutes les 9 heures. Crédits : G. Miniutti et al. 2019

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Bien que les astrophysiciens n’aient jamais vu un tel schéma autour d’un autre trou noir, Miniutti et son équipe suggèrent que certains phénomènes étranges détectés ailleurs dans l’espace pourraient être liés à ce type de schéma. Dans le passé, les astronomes ont remarqué que les trous noirs devenaient soudainement plus brillants pour des raisons qu’ils ne pouvaient expliquer. Selon eux, il est possible que ces pics de luminosité fassent partie de modèles similaires.

Un trou noir galactique de taille inférieure à la moyenne

Les chercheurs ont noté que le trou noir de GSN 069 n’était pas aussi grand que la plupart des trous noirs qui forment le noyau d’une galaxie. Et la période de neuf heures est probablement liée à la vitesse à laquelle le trou noir tourne.

Les trous noirs plus grands prendraient beaucoup plus de temps pour effectuer une rotation complète. Par conséquent, s’ils affichaient un schéma similaire, il pourrait se dérouler sur plusieurs semaines ou plusieurs mois. Et les observatoires à rayons X surveillent rarement un seul trou noir aussi longtemps.

Les chercheurs ne sont pas certains du phénomène physique qui provoque ce cycle de luminosité. Mais une possibilité est la formation d’un nuage d’électrons très proche du trou noir — un phénomène que les astrophysiciens ont déjà suspecté en raison d’irrégularités dans les émissions de rayons X de certains autres trous noirs.

Sources : Nature

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