Des astronomes ont récemment observé des jets impressionnants s'échappant d'un trou noir qui se nourrit d'une étoile supergéante bleue. Ces jets, mesurés avec le télescope radio Square Kilometre Array (SKA), affichent une puissance équivalente à celle de 10 000 soleils, offrant ainsi un nouvel éclairage sur leur rôle dans la formation des galaxies.
Le système étudié, connu sous le nom de Cygnus X-1 (Cyg X-1), est situé à environ 7 000 années-lumière de la Terre et est l'une des sources de rayons X les plus brillantes du ciel. On pense que Cyg X-1 est composé d'un trou noir de masse stellaire, estimé à environ 21 fois la masse du soleil, qui se nourrit d'une étoile supergéante bleue.
Le trou noir et son étoile compagne sont séparés par seulement 30 millions de miles (48 millions de kilomètres), soit environ 20 % de la distance entre la Terre et le soleil (0,2 unités astronomiques). L'étoile supergéante fournit du matériel au trou noir à travers des vents stellaires puissants.
Cependant, ce matériel ne peut pas tomber directement vers le trou noir en raison de son moment angulaire ou de sa rotation. Au lieu de cela, il forme un nuage aplati en rotation appelé disque d'accrétion, qui nourrit progressivement le trou noir. L'immense gravité du trou noir chauffe ce disque d'accrétion, provoquant les puissantes émissions de rayons X associées à Cyg X-1.
Il convient de noter que tous les éléments de ce disque ne parviennent pas à entrer dans le trou noir. Une partie est canalisée vers les pôles du trou noir, d'où elle est éjectée sous forme de jets puissants. Les astronomes ont non seulement pu déterminer la puissance de ces jets, mais ils ont également découvert qu'ils se déplacent à environ 336 millions de miles par heure (150 000 km/s), soit près de la moitié de la vitesse de la lumière.
Steve Prabu, le leader de l'équipe de recherche à l'Université d'Oxford, a décrit le mouvement des jets dans une série d'images du SKA comme étant une sorte de 'danse'. Cette expression fait référence au fait que les jets de Cyg X-1 semblent être déviés dans différentes directions pendant que l'étoile et le trou noir orbitent l'un autour de l'autre.
Prabu et ses collègues ont conclu que ce sont les vents stellaires provenant de l'étoile qui poussent sur les jets du trou noir, alimentant ainsi leur 'danse'. Ces découvertes permettent aux scientifiques de mieux comprendre la quantité d'énergie que les jets de trous noirs libèrent dans leur environnement.
“Un point clé de cette recherche est qu'environ 10 % de l'énergie libérée lorsque la matière tombe vers le trou noir est emportée par les jets,” a déclaré Prabu. “C'est ce que les scientifiques supposent généralement dans les modèles simulés à grande échelle de l'univers, mais il a été difficile de le confirmer par l'observation jusqu'à présent.”
Ce qui rend cette recherche encore plus excitante, c'est qu'elle offre aux scientifiques un moyen de mesurer l'énergie des jets provenant d'autres trous noirs, y compris des trous noirs supermassifs beaucoup plus grands, qui se trouvent au cœur de toutes les grandes galaxies et possèdent des masses des millions ou des milliards de fois celle du soleil.
“Parce que nos théories suggèrent que la physique autour des trous noirs est très similaire, nous pouvons désormais utiliser cette mesure pour ancrer notre compréhension des jets, qu'ils proviennent de trous noirs ayant une masse de 10 ou 10 millions de fois celle du soleil,” a déclaré James Miller Jones, membre de l'équipe au Curtin Institute of Radio Astronomy (CIRA).
Avec des projets de télescopes radio comme le Square Kilometre Array actuellement en construction en Australie occidentale et en Afrique du Sud, nous nous attendons à détecter des jets de trous noirs dans des millions de galaxies lointaines. Le point de référence fourni par cette nouvelle mesure aidera à calibrer leur puissance globale.
“Les jets des trous noirs constituent une source de rétroaction importante pour l'environnement qui les entoure et sont essentiels pour comprendre l'évolution des galaxies,” conclut Miller Jones.
Les résultats de l'étude de l'équipe ont été publiés le jeudi 16 avril dans la revue Nature Astronomy.
