Des astronomes détectent des éruptions lumineuses près du trou noir au centre de notre galaxie

Des astronomes utilisant le télescope spatial James Webb ont observé des éruptions lumineuses dynamiques à proximité du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Ce spectacle constant et rapide comprend des éclairs courts de quelques secondes et des éruptions lumineuses plus longues et d’une luminosité aveuglante quotidiennes.

Les observations de Webb constituent l’observation la plus longue et la plus détaillée que les chercheurs aient pu faire autour du trou noir central de la Voie lactée, appelé Sagittarius A*, en s’appuyant sur des preuves passées de son activité hautement énergétique.

Les trous noirs sont invisibles, mais les éruptions déclenchées par le disque tourbillonnant de gaz chaud et de poussière, ou disque d’accrétion, qui orbite autour de Sagittarius A* ressemblent à une extravagance pyrotechnique. Une étude décrivant ces résultats a été publiée mardi dans The Astrophysical Journal Letters .

Les astronomes pensent que les éruptions proviennent du bord intérieur du disque d’accrétion, juste au-delà de l’horizon des événements du trou noir, ou de la zone autour d’un trou noir où l’attraction de la gravité est si forte que même la lumière ne peut s’échapper, selon la NASA .

« Nos données montrent une luminosité en constante évolution et en ébullition », a déclaré Farhad Yusef-Zadeh, auteur principal de l’étude et professeur de physique et d’astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de l’université Northwestern, dans un communiqué. « Et puis boum ! Une grande explosion de luminosité est soudainement apparue. Puis, elle s’est calmée à nouveau. Nous n’avons pas pu trouver de modèle dans cette activité. Elle semble être aléatoire. Le profil d’activité de ce trou noir était nouveau et passionnant à chaque fois que nous l’observions. »

Ces observations pourraient apporter un éclairage sur le comportement des trous noirs et sur la manière dont ils se nourrissent de leur environnement.

Regarder des feux d’artifice célestes

L’influence gravitationnelle puissante des trous noirs attire le gaz et la poussière de tout objet céleste qui s’approche trop près. Le gaz et la poussière tourbillonnent ensemble à grande vitesse, formant le disque d’accrétion qui alimente le trou noir. Le mouvement rapide de la matière provoque son échauffement, libérant de l’énergie sous forme de rayonnement ainsi que des jets de matière qui n’atteignent pas le trou noir.

Le rayonnement et les jets peuvent modifier la façon dont le gaz est distribué dans les galaxies et alimenter la formation d’étoiles, c’est pourquoi les trous noirs supermassifs sont considérés comme des moteurs géants au centre des galaxies.

Yusef-Zadeh et ses collègues ont observé Sagittarius A*, également appelé Sgr A*, pendant 48 heures sur une période d’un an, par tranches de huit à dix heures, en utilisant la caméra proche infrarouge de Webb pour suivre l’activité du trou noir. L’équipe a observé cinq à six grandes éruptions par jour ainsi que de plus petits éclairs lumineux entre les deux.

« On s’attend à ce que des éruptions se produisent dans pratiquement tous les trous noirs supermassifs, mais notre trou noir est unique », a déclaré Yusef-Zadeh. « Il bouillonne toujours d’activité et ne semble jamais atteindre un état stable. Nous avons observé le trou noir à plusieurs reprises en 2023 et 2024, et nous avons remarqué des changements dans chaque observation. Nous avons vu quelque chose de différent à chaque fois, ce qui est vraiment remarquable . »

La variabilité de l’activité du trou noir est probablement due à la nature aléatoire de la matière s’écoulant dans le disque d’accrétion, a déclaré Yusef-Zadeh.

L’équipe pense que les brèves explosions de lumière sont créées par des fluctuations mineures et turbulentes au sein du disque d’accrétion qui pourraient comprimer un gaz chaud et énergétique appelé plasma et provoquer un éclair de rayonnement.

« C’est similaire à la façon dont le champ magnétique du Soleil se rassemble, se comprime, puis déclenche une éruption solaire », a déclaré Yusef-Zadeh dans un communiqué. « Bien sûr, les processus sont plus spectaculaires car l’environnement autour d’un trou noir est beaucoup plus énergétique et beaucoup plus extrême. »

Parallèlement, des éruptions plus longues et plus importantes peuvent se produire en raison d’événements de reconnexion magnétique, ou lorsque deux champs magnétiques différents entrent en collision près du trou noir et libèrent des particules énergétiques se déplaçant près de la vitesse de la lumière.

« Un événement de reconnexion magnétique est comme une étincelle d’électricité statique, qui, dans un sens, est également une « reconnexion électrique » », a déclaré Yusef-Zadeh.

Un « arc-en-ciel » d’activités

Les capacités de Webb ont permis à l’équipe d’observer l’éclat du trou noir sur deux longueurs d’onde de lumière différentes simultanément.

« C’était comme si nous voyions le monde en couleur plutôt qu’en noir et blanc, et nous avons découvert des arcs-en-ciel », a déclaré Yusef-Zadeh. « Cela nous renseigne plus directement sur la nature de l’activité des éruptions et sur les caractéristiques physiques du mécanisme de radiation, du champ magnétique et de la densité des éruptions. »

Les observations offrent un aperçu plus approfondi de la manière dont l’activité du trou noir varie en luminosité au fil du temps, a déclaré Tuan Do, professeur associé au département de physique et d’astronomie et directeur adjoint du Galactic Center Group à l’UCLA.

Do n’a pas participé à cette étude mais a dirigé des recherches sur Sagittarius A* dans le passé, notamment lorsque le trou noir a présenté une activité inhabituelle en 2019 .

« Dans les nouvelles données, Sgr A* est devenu environ deux fois moins brillant que ce qu’il avait été observé en 2019, je pense donc que 2019 est encore une année inhabituellement active pour le trou noir », a déclaré Do. « Le trou noir et son environnement sont en constante évolution, nous ne savons donc jamais ce que nous allons trouver ! C’est ce qui rend les observations du centre galactique si passionnantes, même si nous observons cet endroit dans le ciel depuis des décennies maintenant. »

Lorsque les auteurs de la dernière étude ont observé simultanément les deux longueurs d’onde différentes de la lumière provenant du trou noir, ils ont constaté que la longueur d’onde la plus courte changeait de luminosité juste avant la longueur d’onde la plus longue. Cette observation suggère que lorsque les particules tournent en spirale autour des lignes de champ magnétique, elles perdent de l’énergie plus rapidement.

Les changements de luminosité ont été notés dans des recherches antérieures et dans des données complémentaires récentes provenant de l’ instrument infrarouge moyen du télescope Webb et d’autres observatoires.

« Je pense que la prochaine grande étape serait d’essayer de connecter ces différentes sources de données ensemble pour former une image plus complète de la physique de l’environnement autour du trou noir supermassif », a déclaré Do.

La nouvelle étude confirme également que le trou noir présente une « variabilité ininterrompue », comme cela a été observé précédemment, a déclaré Mark Morris, professeur de recherche distingué au département de physique et d’astronomie de l’UCLA. Morris n’a pas participé à la nouvelle étude.

« Les astronomes spécialistes des rayons X ont des preuves assez solides qu’au cours des derniers siècles, il y a eu au moins un, voire deux cas d’énormes éruptions », a déclaré Morris par courrier électronique, « avec des intensités (10 000 à 100 000) fois supérieures à tout ce que nous avons vu au cours du dernier quart de siècle pendant lequel nous avons examiné de près Sgr A*. »

Quelle est la cause de ces éruptions ? Les astronomes ne le savent pas encore, mais il est possible que le trou noir ait englouti une planète il y a quelques centaines d’années, a déclaré Morris.

Lorsque le soleil déclenche des tempêtes solaires , les scientifiques s’inquiètent car une telle activité peut potentiellement affecter le GPS, les communications et le réseau électrique de la Terre. Mais à 25 000 années-lumière de la Terre, l’activité très énergétique et variable du trou noir central de la Voie lactée n’est pas un problème, a déclaré Morris.

Cependant, les observations du télescope Webb permettent aux chercheurs de comprendre quel type de « tempêtes » se créent lorsque la matière est comprimée et chauffée alors qu’elle est attirée vers le trou noir.

« Au-delà de l’intérêt que suscitent les feux d’artifice les plus éblouissants que l’univers puisse produire, ces feux d’artifice peuvent avoir un effet profond sur l’évolution des galaxies dans lesquelles ils se trouvent », a déclaré Morris. « Ils peuvent provoquer ou empêcher la formation d’étoiles à grande échelle, ils peuvent éliminer du gaz et nettoyer les galaxies, les rendant incapables de former des étoiles. »

Un regard plus long

Les auteurs de l’étude ne croient pas que le trou noir ait connu un pic d’activité inhabituel, mais ils veulent observer Sagittarius A* pendant 24 heures sans interruption pour en être sûrs.

« Nous pouvons également voir si ces éruptions présentent une périodicité (ou se répètent) ou si elles sont vraiment aléatoires », a déclaré Yusef-Zadeh.

Les astronomes ne savent toujours pas à quelle vitesse Sagittarius A* tourne alors qu’il engloutit la matière, mais des observations plus longues pourraient fournir les données nécessaires pour trouver la réponse.

À terme, davantage de données issues des observations de Sagittarius A* par Webb pourraient aider les astronomes à simuler le comportement des disques d’accrétion autour des trous noirs, ainsi qu’à comparer les comportements des trous noirs moins actifs énergétiquement avec ceux des trous plus actifs.

Source:https://www.cnn.com/2025/02/19/science/milky-way-black-hole-flickers-webb/index.html

Traduit et partagé par les Chroniques d'Arcturius