Ils découvrent quelle forme a la couronne des trous noirs

Des recherches récentes, basées sur les observations effectuées par le satellite astronomique IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA, révèlent la véritable forme d’une importante structure de trous noirs appelée couronne.

La couronne est une région de plasma changeant qui fait partie du flux de matière vers un trou noir. Seules des connaissances théoriques sont connues sur la couronne. La nouvelle étude révèle pour la première fois la forme de la couronne et pourrait aider les scientifiques à comprendre son rôle dans l’absorption de matière par les trous noirs.

De nombreux trous noirs, ainsi appelés parce que même la lumière ne peut échapper à leur gravité colossale, sont entourés d’un disque d’accrétion, qui est, grosso modo, un violent tourbillon de gaz rempli de débris. Certains trous noirs possèdent également des jets relativistes, constitués de matière éjectée dans l’espace à très grande vitesse par des trous noirs qui dévorent abondamment la matière de leur environnement. La vitesse de la matière dans ces jets peut être si proche de celle de la lumière que des effets relativistes apparaissent.

On sait moins que les trous noirs avec une grande activité avalant de la matière ont une couronne qui, comme la couronne du Soleil et celles d’autres étoiles, est une région étendue de très haute température. Cependant, alors que la couronne du Soleil, qui constitue l’atmosphère la plus externe de l’étoile, atteint environ un million de degrés Celsius, la température de la couronne d’un trou noir est estimée à plusieurs milliards de degrés.

Des couronnes avaient déjà été identifiées dans des trous noirs de masse stellaire (ceux formés par l’effondrement d’une étoile) et dans des trous noirs supermassifs, comme celui trouvé au cœur de la Voie lactée. Toutefois, sa forme n’était pas claire. Il y a longtemps que des spéculations circulent sur la composition et la géométrie de la couronne. S’agit-il d’une sphère au-dessus et en dessous du trou noir, ou d’une atmosphère générée par le disque d’accrétion, ou encore d’un plasma situé à la base des jets ?

Le satellite astronomique IXPE est spécialisé dans la polarisation des rayons X, une caractéristique de la lumière qui permet de cartographier la forme et la structure des sources émettrices les plus puissantes, révélant des détails sur leur fonctionnement interne même lorsque les objets sont trop petits, trop lumineux ou trop éloignés pour les voir directement. .

Tout comme nous pouvons observer la couronne solaire lors d’une éclipse solaire totale, IXPE permet d’étudier clairement le voisinage immédiat d’un trou noir, y compris la couronne.

Après avoir analysé minutieusement les observations réalisées par l’IXPE, l’équipe de Lynnie Saade et Philip Kaaret, tous deux du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, États-Unis, a découvert que dans tous les trous noirs dont ils ont pu mesurer les propriétés coronales directement par polarisation, la couronne s’étend dans la même direction que le disque d’accrétion, fournissant, pour la première fois, des indices sur la forme de la couronne et une preuve claire de sa relation avec le disque d’accrétion. Les résultats excluent certaines formes possibles considérées comme plausibles.

Cette illustration du matériau tourbillonnant autour d’un trou noir montre une structure particulière, appelée « couronne », qui brille brillamment dans les rayons X. Dans cette représentation, la couronne est vue comme une brume violette flottant au-dessus du disque d’accrétion sous-jacent et s’étend. légèrement vers l’intérieur de son bord intérieur. Le matériau situé à l’intérieur du disque d’accrétion est incroyablement chaud et brillerait d’une lumière bleu-blanc aveuglante, mais ici, sa luminosité a été réduite afin que la couronne se démarque avec un meilleur contraste. La couleur violette de la couronne est purement illustrative, remplaçant la lueur des rayons X qui ne serait pas perceptible à la lumière visible. La déformation du disque est une représentation réaliste de la façon dont l’immense gravité du trou noir agit comme une lentille optique, déformant l’apparence du disque essentiellement plat pour un observateur extérieur. (Image : NASA/Caltech/IPAC/Robert Hurt)

L’équipe de recherche a étudié les données des observations faites par IXPE de 12 trous noirs, dont Cygnus X-1 et Cygnus et LMC X-1 et LMC X-3, des trous noirs de masse stellaire situés dans le Grand Nuage de Magellan, une petite galaxie, plus à plus de 165 000 années-lumière. IXPE a également observé plusieurs trous noirs supermassifs, dont celui situé au centre de la galaxie Circinus, à 13 millions d’années-lumière de la Terre, et ceux des galaxies NGC 1068 et NGC 4151, à 47 millions d’années-lumière et à près de 62 millions d’années-lumière. années-lumière, respectivement.

Les trous noirs de masse stellaire ont généralement une masse comprise entre 10 et 30 fois celle du Soleil, tandis que les trous noirs supermassifs peuvent avoir une masse comprise entre un million et des dizaines de milliards de fois celle du Soleil. Malgré ces énormes différences d’échelle, l’IXPE. Les données suggèrent que les deux types de trous noirs ont des structures associées de géométrie similaire, ce qui est surprenant car la manière dont le premier s’alimente est complètement différente de celle dont le premier se nourrit. En règle générale, les trous noirs de masse stellaire arrachent la masse de leurs étoiles compagnes, tandis que les trous noirs supermassifs dévorent tout ce qui les entoure. (Fontaine: NCYT de Amazings)