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Des astronomes ont observé pour la première fois la «
région de plongée » d'un trou noir, la zone où la matière
cesse de tourner et plonge directement vers son centre, telle une
cascade. Prédite par la relativité générale d'Einstein, il s'agit
de la limite intérieure du disque d'accrétion, juste avant
l'horizon des événements. Contrairement aux précédentes hypothèses,
cette région continue à émettre des rayonnements, ce qui a
notamment permis de la détecter. Lorsqu'un objet ou de la matière se trouve proximité d'un trou
noir, il est attiré par la force gravitationnelle de ce dernier et
finit par se désintégrer à sa bordure et alimenter ainsi le disque
d'accrétion, hautement énergétique, avant d'atteindre l'horizon des
événements (le point de non-retour, où rien, ni même la lumière, ne
peut échapper à l'attraction gravitationnelle du trou noir). Selon
la théorie de la gravité de Newton, la matière devrait continuer à
orbiter autour du trou noir jusqu'à ce qu'elle rencontre l'horizon
des événements. Cependant, Einstein avait prédit qu'à une distance suffisamment
proche de l'horizon des événements — une zone appelée « région de
plongée » —, il devient impossible pour les particules de conserver
des orbites circulaires. Elles commencent alors à tomber rapidement
vers le centre du trou noir à une vitesse proche de celle de la
lumière. Pour l'analogie, le disque d'accrétion est comparable à
une rivière qui débouche sur une cascade : la région de plongée. «
Si Einstein avait tort, alors tout serait stable jusqu'au bout
— il n'y aurait qu'une rivière », explique au
New Scientist Andrew
Mummery, de l'Université d'Oxford. Une invitation à rêver,
prête à être portée. D'un autre côté, il existe un débat de longue date concernant la
question de savoir si la région de plongée émet ou non des
rayonnements, en raison de sa proximité avec l'horizon des
événements. Dans le premier cas, la région serait détectable par
nos télescopes, tandis qu'elle serait indétectable dans le second
cas. « Avant, nous pensions en quelque sorte que tout ce qui
franchissait cette frontière n'aurait pas le temps de rayonner de
façon significative avant de plonger dans le trou noir »,
indique Greg Salvesen du Laboratoire national de Los
Alamos au Nouveau-Mexique. En conséquence, la plupart des
modélisations omettent les émissions potentielles de rayonnement
provenant de l'orbite circulaire stable la plus interne du disque
d'accrétion (c'est-à-dire la limite extrême où l'orbite circulaire
des particules n'est pas encore perturbée). L'étude de Mummery et ses collègues met fin au débat en révélant
les premières preuves observationnelles de la région de plongée
d'un trou noir. « La théorie d'Einstein avance que cette chute
finale existe, mais c'est la première fois que nous parvenons à
démontrer que cela est bien le cas », indique l'expert
dans un communiqué de l'Université
d'Oxford. « Jusqu'à présent, nous avons regardé la
rivière, et c'est notre premier aperçu de la cascade »,
ajoute-t-il. Dans le cadre de leur recherche — détaillée dans le Monthly
Notices of the Royal Astronomical Society —, l'équipe de
recherche s'est concentrée sur un petit trou noir d'un système
binaire appelé MAXI J1820+070 et situé à 10 000 années-lumière de la Terre.
Pour ce faire, ils se sont appuyés sur les données des télescopes
spatiaux à rayons X Nuclear Spectroscopique Telescope Array
(NuSTAR) et Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER) de
la NASA, pour analyser son spectre lumineux. Les données ont
ensuite été utilisées pour effectuer des simulations de la façon
dont la matière se déplace vers sa zone de plongée. Les données d'observation ont montré que le trou noir émettait
un rayonnement légèrement supérieur à ce à quoi on pourrait
s'attendre de son disque d'accrétion. Cette luminosité
correspondait aux simulations incluant un rayonnement
supplémentaire provenant de la région de plongée. Selon les
experts, il s'agit ainsi du premier aperçu de la façon dont le
plasma du disque d'accrétion du trou noir s'arrête de tourner pour
tomber en cascade vers son centre. Voir aussi Ces résultats fournissent de précieuses informations sur l'un
des aspects les plus mystérieux des trous noirs et pourraient ainsi
découler sur de nouveaux indices concernant la nature de la gravité
et de l'espace-temps. En outre, le rayonnement supplémentaire
émanant de la région de plongée permettrait potentiellement
d'expliquer les anomalies de vitesse de rotation détectées chez
certains trous noirs. Alors que leur rotation est directement
corrélée à leur luminosité, ces derniers présentent des vitesses
supérieures à la limite théorique. Par ailleurs, « ce qui est vraiment passionnant, c'est qu'il
existe de nombreux trous noirs dans la galaxie et que nous disposons
désormais d'une nouvelle technique fiable permettant de les
utiliser pour étudier les champs gravitationnels les plus puissants
connus à ce jour », suggère Mummery. Plus tard cette année,
l'équipe d'Oxford prévoit d'explorer cette piste en étudiant des
trous noirs plus grands et plus éloignés, dans le cadre du projet
Africa Millimeter Telescope. Ce dernier consiste en l'utilisation
d'un nouveau télescope ultraperformant, qui devrait permettre de
filmer l'environnement direct des trous noirs.Un rayonnement supplémentaire inattendu
Source : Monthly Notices of the Royal
Astronomical