Inédit : des chercheurs dévoilent la première preuve de la rotation d’un trou noir

La rotation du trou noir supermassif M87* a été confirmée, éclaircissant un aspect longtemps théorisé de ces entités cosmiques fascinantes. Cette découverte, réalisée par l’analyse de deux décennies de données sur les jets cosmiques de M87*, valide des concepts clés de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Nous commençons à peine à les connaître… Rappelons donc les caractéristiques stupéfiantes des trous noirs. Ces entités cosmiques engloutissent matière, lumière, et déforment considérablement le tissu de l’espace-temps. La compréhension de leurs propriétés et de leurs comportements est cruciale pour déchiffrer les complexités de notre univers, tant ils cachent de réponses à des questions de physique fondamentale. C’est dans ce contexte que le trou noir supermassif M87*, situé au cœur de la galaxie Messier 87, devient un point focal d’investigation scientifique. En 2019, il a été le premier à être imagé.

Aujourd’hui, il est au centre d’une nouvelle découverte : la confirmation de sa rotation par une équipe de recherche internationale dirigée par le Zhejiang Lab en Chine, en utilisant l’Event Horizon Telescope. Cette observation non seulement valide des théories établies sur les trous noirs, mais jette également une lumière nouvelle sur leurs dynamiques internes. Elle met un terme à plus d’un siècle de questionnements sur leur rotation. L’étude est disponible dans la revue Nature.

L’énigme énergétique des trous noirs supermassifs

Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies actives — les objets les plus perturbateurs de notre univers — peuvent accumuler d’énormes quantités de matière en raison de l’extraordinaire force gravitationnelle et de la puissance des flux de plasma, appelés jets, qui approchent la vitesse de la lumière et s’étendent sur des milliers d’années-lumière.

Le mécanisme de transfert d’énergie entre les trous noirs supermassifs et leurs disques d’accrétion et jets relativistes intrigue les physiciens et les astronomes depuis plus d’un siècle. Une théorie dominante suggère que l’énergie peut être extraite d’un trou noir en rotation, permettant à une partie de la matière entourant le trou noir supermassif d’être éjectée avec une grande énergie, via les jets cosmiques. Cependant, la rotation des trous noirs supermassifs, facteur crucial dans ce processus et paramètre le plus fondamental (autre que la masse), n’avait jusqu’ici jamais été confirmée par les données.

Théories et observations s’accordent

Dans cette étude, l’équipe de recherche s’est concentrée sur le centre de la galaxie M87, où le premier jet astrophysique d’observation a été observé en 1918. Grâce à sa proximité, les régions de formation de jets proches du trou noir peuvent être résolues en détail grâce à l’interférométrie à très longue base (VLBI). Cui Yuzhu, du Zhejiang Lab en Chine et son équipe ont scrupuleusement analysé des données haute résolution collectées sur une période de deux décennies, expliquent-ils dans un communiqué.

Cette analyse prolongée a permis d’observer des changements minutieux et récurrents dans la direction des jets émis par le trou noir, fournissant ainsi des preuves tangibles de la rotation de M87*. Les observations de l’équipe ont révélé que le jet de M87* modifie sa trajectoire d’environ 10 degrés tous les 11 ans.

Ce mouvement oscillatoire indique une interaction entre la rotation du trou noir et les forces gravitationnelles environnantes. En cause, l’axe de rotation du disque d’accrétion, qui s’aligne mal avec l’axe de rotation du trou noir, conduisant à un jet de précession. Cette découverte est en accord avec les prédictions de la théorie de la relativité générale d’Einstein et corrobore les simulations théoriques existantes sur le comportement rotatif des trous noirs.

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Implications pour les futures recherches

Le Dr Ziri Younsi, astrophysicien à l’UCL, déclare dans un article du Guardian que la rotation d’un trou noir pourrait, à l’avenir, donner un aperçu des événements cataclysmiques qui ont conduit à la formation du trou noir supermassif. Il ajoute : « Le fait qu’il tourne et qu’il y ait une inclinaison indique que quelque chose d’assez fou s’est produit dans le passé. À un moment donné de son histoire, quelque chose de violent s’est produit. Cela donne des indications alléchantes selon lesquelles cela pourrait être le cas ».

La structure du disque d’accrétion et la valeur exacte de la rotation du trou noir supermassif M87 sont encore très incertaines. Mais cette découverte ouvre la voie à de nouvelles recherches sur les processus qui causent la rotation des trous noirs et sur la manière dont ils évoluent pour devenir des entités supermassives. Les chercheurs espèrent que l’étude de la rotation de différents trous noirs permettra de confirmer ou infirmer les hypothèses actuelles sur leur formation et leur évolution.

Source : Nature