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Des astronomes ont repéré un trou noir supermassif tournant sur son axe à une vitesse proche de celle de la lumière. C’est en analysant l’alignement des quasars environnants, en simulant leur orientation sur des milliards d’années et en exploitant des données issues de l’observatoire de rayons X de la NASA Chandra, que les astronomes ont pu mesurer la vitesse à laquelle le trou noir — ainsi que quatre autres situés dans la même zone d’observation, tournent sur leurs axes.

Les cinq objets observés sont des quasars, soit des galaxies comportant un trou noir supermassif si actif qu’il en est plus brillant que toutes les étoiles qui l’entourent. Bien entendu, la lumière ne vient pas du trou noir lui-même, mais du disque d’accrétion qui l’entoure (composé de poussière et de gaz). Ce disque est soumis à des forces de frottement inimaginables, la matière est donc chauffée à des températures très élevées et orbite à une vitesse phénoménale. D’où la très haute luminosité apparente de l’objet.

Dans l’un des quasars, le contenu du disque est projeté à environ 70% de la vitesse de la lumière. Cela implique que l’horizon des événements du trou noir, la surface au-delà de laquelle rien ne peut s’échapper (ni même la lumière), tourne sur son axe à une vitesse proche de celle de la lumière. Les quatre autres quasars tournent à environ la moitié de cette vitesse maximale. L’étude a été publiée dans la revue The Astrophysical Journal.

quasars vus a travers lentille gravitationnelle

Les quatre quasars observés dans le cadre de l’étude, par le biais de lentille gravitationnelles. En haut à droite, le trou noir à rotation très rapide évoqué dans l’étude (HE0435). Crédits : NASA/ CXC/ Univ. of Oklahoma/ X. Dai et al.

Les cinq trous noirs ont des masses entre 160 et 500 millions de fois supérieures à celle du soleil. Leurs galaxies hôtes sont situées à des distances allant de 9.8 à 10.9 milliards d’années-lumière de la Terre. Mesurer les disques d’accrétion autour des trous noirs n’était pas une tâche facile. Pour y arriver, les chercheurs se sont aidés de simulations basées sur les positions de certaines galaxies au premier plan.

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Tout objet dont la masse déforme considérablement l’espace-temps et dont le diamètre d’action total permet un effet de distorsion du continuum espace-temps (par exemple un amas de galaxies) peut devenir, aux yeux d’un observateur distant, un objectif déviant et/ou grossissant la lumière des objets à l’arrière-plan. Cela permet par exemple de percevoir des objets cosmiques situés derrière des amas de galaxies.

Ce type de lentille est appelé « lentille gravitationnelle » et produit souvent plusieurs images du même objet, appelées croix d’Einstein. Les quasars de l’étude sont tous perçus grâce à cet effet de lentille, provoqué par des galaxies beaucoup plus proches de nous qu’ils ne le sont. C’est pourquoi dans l’image ci-dessus, certaines observations montrent quatre points lumineux au lieu d’un.

En plus de ce grossissement, les chercheurs ont utilisé le phénomène de microlentille basé sur des étoiles, produisant un grossissement supplémentaire. En exploitant l’effet de lentille des étoiles situées dans les galaxies au premier plan, l’équipe a pu obtenir davantage de détails sur ces disques de matière et produire une meilleure estimation des vitesses de rotation des trous noirs.

Source : The Astrophysical Journal

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