Des astronomes ont repéré des rayons X derrière un trou noir supermassif

« C’est un résultat vraiment excitant », déclare Edward Cackett, un astronome de la Wayne State University qui n’a pas participé à l’étude. « Bien que nous ayons déjà vu la signature des échos de rayons X, jusqu’à présent, il n’a pas été possible de séparer l’écho qui vient de derrière le trou noir et se penche dans notre ligne de mire. Cela permettra une meilleure cartographie de comment les choses tombent dans les trous noirs et comment les trous noirs courbent l’espace-temps autour d’eux. »

La libération d’énergie par les trous noirs, parfois sous forme de rayons X, est un processus absurdement extrême. Et parce que les trous noirs supermassifs libèrent tellement d’énergie, ce sont essentiellement des centrales électriques qui permettent aux galaxies de se développer autour d’eux. « Si vous voulez comprendre comment les galaxies se forment, vous devez vraiment comprendre ces processus à l’extérieur du trou noir qui sont capables de libérer ces énormes quantités d’énergie et de puissance, ces sources de lumière incroyablement brillantes que nous étudions », explique Dan Wilkins, un astrophysicien à l’Université de Stanford et l’auteur principal de l’étude.

L’étude se concentre sur un trou noir supermassif au centre d’une galaxie appelée I Zwicky 1 (I Zw 1 en abrégé), à environ 100 millions d’années-lumière de la Terre. Dans les trous noirs supermassifs comme les I Zw 1, de grandes quantités de gaz tombent vers le centre (l’horizon des événements, qui est essentiellement le point de non-retour) et ont tendance à s’aplatir en un disque. Au-dessus du trou noir, une confluence de particules surchargées et d’activité de champ magnétique entraîne la production de rayons X de haute énergie.

Certains de ces rayons X brillent directement sur nous, et nous pouvons les observer normalement, à l’aide de télescopes. Mais certains d’entre eux brillent également vers le disque de gaz plat et se refléteront dessus. La rotation du trou noir I Zw 1 ralentit à un rythme plus élevé que celui observé dans la plupart des trous noirs supermassifs, ce qui fait que le gaz et la poussière environnants tombent plus facilement et alimentent le trou noir dans plusieurs directions. Ceci, à son tour, conduit à des émissions de rayons X plus importantes, c’est pourquoi Wilkins et son équipe étaient particulièrement intéressés.

Alors que Wilkins et son équipe observaient ce trou noir, ils ont remarqué que la couronne semblait « clignoter ». Ces flashs, provoqués par des impulsions de rayons X se reflétant sur l’énorme disque de gaz, provenaient de derrière l’ombre du trou noir, un endroit qui est normalement caché à la vue. Mais comme le trou noir courbe l’espace autour de lui, les réflexions des rayons X sont également courbées autour de lui, ce qui signifie que nous pouvons les repérer.

Les signaux ont été trouvés à l’aide de deux télescopes spatiaux différents optimisés pour détecter les rayons X dans l’espace : NuSTAR, géré par la NASA, et XMM-Newton, géré par l’Agence spatiale européenne.

La plus grande implication des nouvelles découvertes est qu’elles confirment ce qu’Albert Einstein avait prédit en 1963 dans le cadre de sa théorie de la relativité générale – la façon dont la lumière devrait se courber autour d’objets gigantesques comme des trous noirs supermassifs.

« C’est la première fois que nous voyons vraiment la signature directe de la façon dont la lumière se penche derrière le trou noir dans notre ligne de mire, car de la façon dont le trou noir déforme l’espace autour de lui », explique Wilkins.

« Bien que cette observation ne change pas notre image générale de l’accrétion de trous noirs, c’est une belle confirmation que la relativité générale est en jeu dans ces systèmes », déclare Erin Kara, astrophysicienne au MIT qui n’a pas participé à l’étude.

Malgré leur nom, les trous noirs supermassifs sont si éloignés qu’ils ressemblent vraiment à des points de lumière uniques, même avec des instruments de pointe. Il ne sera pas possible de prendre des images de tous de la manière dont les scientifiques ont utilisé le télescope Event Horizon pour capturer l’ombre d’un trou noir supermassif dans la galaxie M87.

Ainsi, bien qu’il soit encore tôt, Wilkins et son équipe espèrent que la détection et l’étude d’un plus grand nombre de ces échos de rayons X derrière le virage pourraient nous aider à créer des images partielles ou même complètes de trous noirs supermassifs distants. À son tour, cela pourrait les aider à percer de grands mystères sur la façon dont les trous noirs supermassifs se développent, soutiennent des galaxies entières et créent des environnements où les lois de la physique sont poussées à la limite.