Trous noirs galactiques : des astronomes révèlent de nouvelles caractéristiques surprenantes

Une étude menée par une équipe internationale d’astronomes a révélé un phénomène cosmique inédit. Il concerne les pulsations émises par le trou noir du microquasar galactique GRS 1915+105. À l’aide du télescope chinois Sky Eye FAST, ils ont découvert de faibles impulsions radio répétitives avec une période (intervalle) d’environ 0,2 seconde. Cette découverte pourrait approfondir notre compréhension des trous noirs, en éclairant l’origine et le processus dynamique des jets radio relativistes.

Les trous noirs, d’une densité extrême, sont des objets d’étude fascinants qui défient nos connaissances actuelles en physique. La courbure de l’espace-temps qui en résulte, leur absorption de la lumière et leur émission de jets de particules à des vitesses relativistes (proches de celle de la lumière) soulèvent de nombreuses questions sur leur formation, leur comportement et leur influence sur l’évolution de l’Univers.

Dans ce contexte, une équipe internationale de chercheurs a récemment mené une étude approfondie sur un microquasar spécifique, GRS 1915+105, en utilisant le télescope chinois Sky Eye FAST. Cette observation a permis de mettre en évidence un phénomène jusqu’alors inexploré : les pulsations émises par le trou noir de ce système. Le phénomène observé, détaillé dans la revue Nature, constitue une première dans le domaine de l’astrophysique.

Microquasars : de formidables laboratoires naturels

Les microquasars sont des systèmes d’étoiles binaires, c’est-à-dire qu’ils sont composés de deux étoiles en orbite l’une autour de l’autre. Plus précisément, ces systèmes sont constitués d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir, et d’une étoile ordinaire. Cette configuration particulière fait des microquasars des terrains d’expérimentation idéaux pour l’étude des champs gravitationnels forts et de la physique relativiste, deux domaines clés pour comprendre les phénomènes cosmiques extrêmes.

Dans ces systèmes, l’étoile ordinaire, par son mouvement, perd de la matière, qui est attirée par le trou noir ou l’étoile à neutrons. Cette matière forme un disque d’accrétion autour de l’objet compact. Ce disque, en raison de la friction et de la gravité intense, atteint des températures extrêmement élevées. C’est ce disque d’accrétion qui est à l’origine des jets de particules énergétiques, appelés jets relativistes, qui sont éjectés à des vitesses proches de celle de la lumière.

Ces jets, ainsi que le disque d’accrétion lui-même, émettent des radiations X et radio. Ces radiations peuvent être observées depuis la Terre et varient de manière intermittente ou sur le long terme. Ces variations sont une source précieuse d’informations sur les processus en cours dans le microquasar.

Un microquasar pas comme les autres

GRS 1915+105 est un microquasar qui se distingue par la présence d’un trou noir en rotation rapide. Ce système a été découvert il y a près de trois décennies et, depuis lors, a été l’objet de nombreuses observations et études. L’une des caractéristiques les plus remarquables de ce trou noir est la richesse de ses signatures de photomutation aux rayons X.

Ces signatures sont des variations dans l’intensité des rayons X émis par le disque d’accrétion, qui peuvent nous donner des indices sur les processus physiques en cours dans le système. GRS 1915+105 est également connu pour ses jets radio intermittents, mais leur dynamique précise et leur origine restent encore mal comprises.

La révélation des pulsations des trous noirs

Dans le but de mieux appréhender ces phénomènes, l’équipe de recherche internationale a décidé d’utiliser le télescope chinois Sky Eye FAST pour observer GRS 1915+105. Ce télescope, grâce à sa grande sensibilité et sa capacité à effectuer des observations à haute résolution temporelle, a permis aux chercheurs de surveiller avec une précision inégalée les variations de lumière et la polarisation de ce microquasar.

Ils ont alors constaté que le trou noir de GRS 1915+105 émet de faibles impulsions radio. Wei Wang, professeur à l’Université chinoise de Wuhan, qui a dirigé l’équipe, explique dans un communiqué : « Le signal particulier a une période approximative de 0,2 seconde, ou une fréquence d’environ 5 Hertz. Un tel signal n’apparaît que dans des conditions physiques particulières. Notre équipe a eu la chance de détecter le signal deux fois — en janvier 2021 et en juin 2022 ».

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Cette découverte marque la première observation internationale de ce que l’on appelle des quasi-oscillations périodiques radio à basse fréquence dans les microquasars. Ce sont des variations dans l’intensité de la radiation émise par un objet, qui se produisent à des intervalles quasi réguliers. Le fait de les observer dans les microquasars ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude de ces systèmes et de leurs trous noirs.

Implications de la découverte

Cette étude permet donc aux chercheurs de mieux comprendre comment ces jets se forment et comment ils évoluent. Cela pourrait aider à expliquer pourquoi ces jets sont parfois émis de manière intermittente, ou pourquoi leur intensité peut varier rapidement.

En outre, cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour l’observation radio des trous noirs et des microquasars. Les impulsions radio, avec leur périodicité quasi régulière, pourraient servir de nouveaux marqueurs pour l’étude de ces objets. Elles pourraient également aider à affiner les modèles théoriques des trous noirs et à tester les prédictions de la théorie de la relativité générale dans des conditions extrêmes.

Source : Nature