Le concept d'un jet de trou noir n'est pas nouveau, mais nous avons encore beaucoup à apprendre sur le mélange de particules trouvées à proximité d'eux. Grâce à l'utilisation de l'observatoire XMM-Newton de l'ESA, les astronomes ont jeté un coup d'œil à un trou noir dans notre galaxie et ont trouvé des résultats surprenants.
Comme nous le savons, les trous noirs de masse stellaire absorbent les matériaux des étoiles proches. La matière de ces étoiles compagnes est éloignée du corps parent vers le trou noir et dégage une température si intense qu'elle émet des rayons X. Cependant, un trou noir n'ingère pas toujours tout ce qui se présente. Parfois, ils rejettent de petites portions de cette masse entrante, la repoussant sous la forme d'un ensemble de jets puissants. Ces jets nourrissent également l'environnement, libérant à la fois de la masse et de l'énergie… volant le trou noir du carburant.
Grâce à l'étude de la composition des jets, les chercheurs sont en mesure de mieux déterminer ce qui est pris dans un trou noir et ce qui ne l'est pas. Grâce à des observations prises à la longueur d'onde radio du spectre électromagnétique, nous avons vu des électrons se briser à presque la vitesse de la lumière. Cependant, il n'a pas été clairement déterminé si la charge négative des électrons est complétée par leurs anti-particules, positrons, ou plutôt par des particules plus lourdes chargées positivement dans les jets, comme les protons ou les noyaux atomiques. " Avec la puissance de XMM-Newton derrière eux, les astronomes ont eu l'occasion d'examiner un système binaire de trou noir appelé 4U1630–47 - un candidat connu pour avoir des explosions de rayons X inattendues pour des segments de temps qui durent entre des mois et des années.
«Dans nos observations, nous avons trouvé des signes de noyaux hautement ionisés de deux éléments lourds, le fer et le nickel», explique María Díaz Trigo de l'Observatoire européen austral à Munich, en Allemagne, auteur principal de l'article publié dans la revue Nature. "La découverte a été une surprise - et une bonne, car elle montre sans aucun doute que la composition des jets de trous noirs est beaucoup plus riche que les seuls électrons."
En septembre 2012, une équipe d'astronomes dirigée par le Dr Díaz Trigo et ses collaborateurs, a observé 4U1630–47 avec XMM-Newton. Ils ont également étayé leurs observations par des observations radio quasi simultanées tirées du Australia Telescope Compact Array. Même si les études ont été menées les unes à côté des autres - en quelques semaines seulement - les résultats n'auraient pas pu être plus différents.
Selon l'équipe de Trigo, l'ensemble initial d'observations a détecté des signatures radiographiques du disque d'accrétion, mais il n'y avait aucune activité dans la bande radio. Ceci indique que les jets n'étaient pas actifs à ce moment-là. Cependant, dans la deuxième série d'observations, il y avait de l'activité à la fois aux rayons X et à la radio… les jets s'étaient rallumés! En examinant les données radiographiques du deuxième ensemble, ils ont également trouvé des noyaux de fer en mouvement. Ces particules se déplaçaient à la fois vers et loin de XMM-Newton - preuve que les ions faisaient partie de jets jumeaux dirigés dans des directions opposées. Mais ce n’est pas tout. Il y avait également des preuves de noyaux de nickel pointant vers l'observatoire.
«À partir de ces« empreintes digitales »de fer et de nickel, nous pourrions montrer que la vitesse du jet est très élevée, environ les deux tiers de la vitesse de la lumière», explique le co-auteur James Miller-Jones du nœud de l'Université Curtin du Centre international de recherche en radioastronomie à Perth, Australie.
«De plus, la présence de noyaux atomiques lourds dans les jets de trous noirs signifie que la masse et l'énergie sont emportées du trou noir en quantités beaucoup plus importantes que ce que nous pensions auparavant, ce qui peut avoir un impact sur le mécanisme et la vitesse à laquelle le trou noir », ajoute la co-auteure Simone Migliari de l'Université de Barcelone, en Espagne.
De nouvelles découvertes étonnantes? Ben ouais. Pour un trou noir de masse stellaire typique, c'est la première fois que des noyaux lourds sont détectés dans les jets. À l'heure actuelle, il n'y a qu'un «autre binaire de rayons X qui montre des signatures similaires de noyaux atomiques dans ses jets - une source connue sous le nom de SS 433. Ce système de trou noir, cependant, est caractérisé par un taux d'accrétion inhabituellement élevé, qui rend difficile de comparer ses propriétés à celles de trous noirs plus ordinaires. » Grâce à ces nouvelles observations de 4U1630–47, les astronomes seront en mesure de combler les lacunes d'information sur les causes des jets dans les disques d'accrétion des trous noirs et sur ce qui les motive.
«Alors que nous en savons maintenant beaucoup sur les trous noirs et ce qui se passe autour d'eux, la formation de jets est toujours un gros casse-tête, donc cette observation est une avancée majeure dans la compréhension de ce phénomène fascinant», explique Norbert Schartel, XMM-Newton de l'ESA. Scientifique de projet.
Source de l'histoire originale: Communiqué de presse de l'ESA.
