La recherche éclaire l’aura cosmique d’un trou noir binaire
Bien qu’ils constituent l’un des plus grands mystères de l’Univers, il est aujourd’hui possible de détecter les trous noirs. Ils se présentent sous différentes formes: des trous noirs des systèmes binaires, qui sont essentiellement des reliques mortes d’étoiles massives environ dix fois plus grandes que le Soleil, aux trous noirs supermassifs résidant au centre des galaxies, qui sont un million ou un milliard de fois plus grands que notre étoile. Le gaz en orbite autour d’un système de trou noir constitue un réservoir qui s’accumule lentement au fil du temps et l’alimente. Cette attraction gravitationnelle conduit à la formation d’un disque d’accrétion. «Bien qu’ils soient provoqués par le même mécanisme d’accrétion, les systèmes binaires à trou noir présentent une phénoménologie complexe qui est largement déterminée par la manifestation de différents états d’accrétion. Ces états peuvent varier considérablement en termes de luminosité et de caractéristiques spectrales et pourraient éventuellement être liés au lancement de flux de matière ionisée: les jets et vents relativistes», explique Barbara De Marco, coordinatrice de BHmapping, un projet financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Elle poursuit: «L’origine de cette diversité d’états d’accrétion est inconnue, mais on pense que les différences de distribution géométrique de l’accrétion du gaz jouent un rôle majeur.»
Un nouvel éclairage sur la géométrie des flux gazeux
Les chercheurs ont travaillé sur des techniques permettant de cartographier et de contraindre la géométrie du gaz chaud et incandescent qui s’enfonce en spirale vers le trou noir et de comprendre comment sa forme varie en fonction de l’état d’accrétion. Ils ont également cherché à savoir si et comment la distribution de la matière qui dérive vers l’intérieur est entrelacée avec les jets de particules qui sont expulsés des trous noirs et accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière. «Les chercheurs ont longtemps spéculé sur le comportement des disques d’accrétion. Les résultats du projet leur ont permis de comprendre ce comportement à un degré beaucoup plus élevé. Ils se sont également intéressés au mécanisme que certains trous noirs déclenchent pour alimenter la formation et le lancement de jets relativistes», note Barbara De Marco. L’équipe a utilisé des techniques innovantes qui ont permis d’extraire des informations à la fois spectrales et temporelles des flux d’émission de rayons X. «Les longueurs d’onde des radiations et la distribution de l’amplitude des ondes dans le temps dépendent de la distance par rapport à un trou noir. Notre approche nous permet de réaliser une tomographie fiable, en sectionnant des régions à différentes distances avec des amplitudes de flux variables dans le temps», explique Barbara De Marco.
Faire le lien entre les flux d’accrétion et les jets relativistes
L’équipe a trouvé des preuves de changements significatifs et continus dans la géométrie des flux d’accrétion les plus internes en fonction de l’état d’accrétion de la source. En utilisant la cartographie de réverbération, elle a obtenu des temps de réponse assez longs dans les états d’accrétion caractérisés par de faibles luminosités. Inversement, les délais mesurés étaient plus courts lorsque l’on changeait l’état de la source d’accrétion (sources plus lumineuses). L’analyse a également montré que les régions les plus proches du trou noir étaient remplies d’un plasma inhomogène et extrêmement chaud, qui est la source des photons de rayons X les plus énergétiques émis par le trou noir binaire. Les chercheurs ont identifié le moment où le disque d’accrétion atteint la plus petite orbite possible autour du trou noir binaire et ont conclu que cela se produit simultanément au lancement d’un jet relativiste. En utilisant des techniques spectrales-temporelles avancées et des données de haute qualité sur les rayons X, BHmapping a révélé un lien clair entre la géométrie du flux d’accrétion et le mécanisme responsable du lancement d’un jet relativiste. Les chercheurs pensent que leur méthode d’analyse devrait être plus utilisée pour étudier les flux d’accrétion de systèmes binaires à trou noir de différentes tailles.
Mots‑clés
BHmapping, trou noir, jet relativiste, état d’accrétion, disque d’accrétion, géométrie, flux d’accrétion, rayons X
