Une nouvelle forme de vision à rayons X vient de permettre aux scientifiques d’observer de près la structure de la matière sur le point d’être avalée par un trou noir.
Dans une nouvelle étude publiée jeudi dans la revue Science, les scientifiques décrivent les premières observations d’un trou noir en alimentation active par le nouvel Imaging X-Ray Polarimetry Explorer, ou IXPE, une mission conjointe de la Nasa et de l’Agence spatiale italienne, ASI.
Alors que d’autres télescopes spatiaux peuvent observer la lumière des rayons X, notamment l’observatoire Chandra de la Nasa, l’IXPE est le premier à se concentrer sur la polarisation des rayons X, c’est-à-dire la direction dans laquelle les ondes des rayons X oscillent.
La direction d’oscillation d’une onde de rayons X peut renseigner les astronomes sur la matière qu’elle a pu traverser sur son chemin vers les observateurs, et dans le cas du trou noir connu sous le nom de Cygnus X-1, elle a permis aux chercheurs de déterminer la forme et l’emplacement de la matière tourbillonnant autour du trou noir comme l’eau autour d’une canalisation.
“Les observations précédentes des trous noirs à l’aide de rayons X ne mesuraient que la direction d’arrivée, le temps d’arrivée et l’énergie des rayons X provenant du plasma chaud en spirale vers les trous noirs”, a déclaré dans un communiqué Henric Krawczynski, professeur de physique à l’université Washington de St. Louis et auteur principal de l’étude. La polarisation des rayons X, dit-il, “apporte des informations sur la façon dont les rayons X ont été émis – et si, et où, ils se dispersent sur la matière proche du trou noir.”
La gravité des trous noirs est si forte que rien, pas même la lumière, ne peut leur échapper une fois franchi un seuil près du trou noir appelé horizon des événements. Mais un trou noir qui s’alimente activement – c’est-à-dire un trou noir qui accumule de la masse – entraînera la matière environnante dans un disque tourbillonnant qui se précipite autour du trou noir lorsque la matière tombe par-dessus le rebord de l’horizon des événements.
La matière tourbillonnante est connue sous le nom de disque d’accrétion, et la matière peut devenir tellement comprimée et surchauffée qu’elle émet de puissants rayons X avant de tomber dans le trou noir, ce que les scientifiques de l’IXPE peuvent maintenant détecter et étudier.
L’étude a révélé que, du point de vue de la Terre, “le flux d’accrétion est vu plus de côté que ce que l’on pensait auparavant”, a déclaré dans un communiqué Michal Dovčiak, astrophysicien de l’Institut astronomique de l’Académie des sciences tchèque et co-auteur de l’étude.
Cygnus X-1 est le premier trou noir générateur de masse que les scientifiques ont étudié à l’aide de l’IXPE. Il s’agit d’un trou noir de 21 masses solaires situé à 6 070 années-lumière de la Terre, qui se nourrit actuellement de la matière extraite de son compagnon, une étoile géante bleue proche.
“Ces nouvelles connaissances permettront d’améliorer les études par rayons X sur la façon dont la gravité courbe l’espace et le temps à proximité des trous noirs”, a déclaré le Dr Krawczynski.
La mission IXPE va au-delà des trous noirs, et les scientifiques ont déjà étudié les restes de supernova, les étoiles à neutrons, les pulsars, les noyaux actifs de galaxie, et à peu près tous les phénomènes dans l’espace générant des rayons X extrêmes.
