Une nouvelle technique pour prendre en compte le scintillement rapide de la matière, chauffée et brillante tombant sur le trou noir supermassif de la Voie lactée, a permis de faire le tri entre plusieurs modèle d'accrétion pour cet astre compact. Le modèle sélectionné par les observations est l'un de ceux que l'on peut simuler et il fournit donc une idée de ce que l'on devrait voir dans quelques années avec des films montrant l'activité du plasma rayonnant autour de Sgr A*, à partir des images prises par les membres de la collaboration de l'Event Horizon Telescope.
L'image, avec une résolution record de l'environnement rapproché du trou noir supermassif central de la Voie lactée, alias Sgr A*, peut laisser penser que cet environnement est plutôt calme, contrairement à ceux des trous noirs géants derrière les noyaux actifs de galaxies et en particulier ceux qui sont des quasars. Mais il n'en est rien.
En fait, on pensait avoir des images de Sgr A* en même temps que celles de M87*. Mais il avait fallu déchanter car le rayonnement dans le domaine radio collecté par les instruments de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) à l'échelle de notre Planète bleue (et combinée par de savantes techniques de traitement du signal permettant de faire ce que l'on appelle de la synthèse d'ouverture par interférométrie comme si on avait un seul instrument de la taille de la Terre) s'était révélé comme fluctuant bien plus rapidement dans le temps qu'on ne l'imaginait. Il avait donc fallu plus de temps pour extraire des observations une image caractéristique de Sgr A* et de son environnement proche, au-delà des données purement fluctuantes. On peut peut-être faire une comparaison avec la difficulté d'obtenir une image nette d'un objet devant lequel s'interpose de l'air chaud et turbulent.
Toujours est-il que la rapidité de ces fluctuations implique que l'on devrait pouvoir obtenir, dans les années toutes proches, de véritables films de l'activité du trou noir central de la Voie lactée. En outre, un signal qui est du bruit en astrophysique pour certaines mesures et une source d'informations pour d'autres.
Dans un article récent soumis à Astrophysical Journal Letters mais que l'on peut lire en accès libre sur arXiv, Sean Ressler de l'UC Santa Barbara, Lena Murchikova, de l'Institute for Advanced Study, et Chris White, également de l'Université de Princeton, ont pu utiliser le scintillement subtil et turbulent de l'image de Sgr A* pour construire le modèle le plus précis à ce jour du trou noir supermassif de la Voie lactée, donnant un aperçu de propriétés de la matière tombant vers lui, telles que sa structure et son mouvement.
Pour cela, les trois chercheurs se sont basés également sur des simulations numériques des modèles possibles de l'alimentation en matière du trou noir et des conséquences que cela a sur le scintillement du rayonnement radio qu'ils produisent. Il s'agit aussi de conséquences de plusieurs articles que les trois astrophysiciens ont publié avec leurs collègues depuis quelques années. Une des simulations qui donne une représentation de ce à quoi pourrait ressembler un film de l'activité du trou noir supermassif de plus de 4 millions de masses solaires de la Voie lactée se trouve présentée dans la vidéo ci-dessous.
Cette simulation montre un film possible, étalé sur une cinquantaine d'heures et en zoom arrière, au bout d'une journée, des fluctuations du rayonnement du gaz tombant vers l'horizon des événements du trou noir central de la Voie lactée Sgr A*. © Chris White, Princeton University
Plusieurs modèles d'accrétions possibles pour Sgr A*
Les simulations de l'accrétion de la matière pour un trou noir supermassif de Kerr en rotation au cœur des noyaux actifs de galaxies font intervenir un disque de matière entouré d'un tore de gaz de poussière que l'attraction gravitationnelle siphonne au cours du temps. Les disques et les tores peuvent être alimentés en matière par de gigantesques filaments de matière froide tombant sur les galaxies ou encore par une étoile massive passant trop près du trou noir. Elle sera alors détruite par les forces de marée du trou noir supermassif donnant ce que l'on appelle en anglais le phénomène de Tidal disruption event (ou TDE), ce qui peut se traduire par « évènement de rupture par effet de marée ».
Le trou noir Sgr A* ne produit cependant pas un noyau actif de galaxies. Selon le travail conjoint des trois astrophysiciens, le modèle donnant des simulations qui collent le mieux au scintillement de Sgr A* observé est celui déduit des vents de matière produits par quelques dizaines d'étoiles de type Wolf-Rayet (des étoiles chaudes de plusieurs dizaines de masses solaires) en orbite autour du trou noir supermassif. L'accrétion ne produit donc ni disque ni tore et le modèle le plus précis suppose également que le trou noir géant de notre Galaxie n'est pas en rotation.
Les contributions de Ressler viennent d'un temps qu'il a passé pendant des années à tenter de construire les simulations les plus réalistes à ce jour du gaz autour de Sgr A*. Il l'a fait en incorporant les observations des étoiles proches et en suivant la matière qu'elles libèrent lorsqu'elles orbitent autour du trou noir. Murchikova a, quant à elle, développé une méthode pour étudier le scintillement des trous noirs sur une échelle de temps de quelques secondes. White, de son côté, avait travaillé sur les détails de ce qui arrive au gaz près des trous noirs, lorsque les effets de forts champs de gravitation nécessairement décrits par la relativité générale sont importants, affectant la lumière qui nous parvient.
Pour en savoir plus sur les observations déjà réalisées avec l'EHT et ce qu'elles impliquent, on pourra lire les commentaires dans deux articles que Futura a publiés lors de la présentation de la première image de Sgr A* et que l'on doit à Françoise Combes et Jean-Pierre Luminet.
- L'image révélant le trou noir supermassif de la Voie lactée commentée par Jean-Pierre Luminet
- L'image du trou noir géant de la Voie lactée commentée par Françoise Combes
Trou noir de la Voie lactée : voilà à quoi ressemblerait l'activité de Sgr A* - Futura
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