L’illustration de cet artiste montre une coupe transversale du trou noir supermassif et de la matière environnante au centre de notre galaxie. La sphère noire au centre représente l’horizon des événements du trou noir, le point de non-retour d’où rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. En regardant le trou noir en rotation de côté, comme le montre cette illustration, l’espace-temps environnant a la forme d’un ballon de football américain. Le matériau jaune-orange de chaque côté représente le gaz tourbillonnant autour du trou noir. Ce matériau plonge inévitablement vers le trou noir et traverse l’horizon des événements une fois entré dans la forme du ballon de football. La zone située à l’intérieur de la forme du ballon de football mais à l’extérieur de l’horizon des événements est donc représentée comme une cavité. Les gouttes bleues montrent des jets tirant depuis les pôles du trou noir en rotation. Crédit : NASA/CXC/M.Weiss
- Une nouvelle étude pourrait aider à résoudre la question de la rapidité avec laquelle le voie Lactéec’est supermassif trou noir tourne.
- Le trou noir, connu sous le nom de Sagittaire A* (Sgr A*), contient environ 4 millions de fois la masse du Soleil.
- En utilisant NASAChandra X-ray Observatory et Very Large Array de NSF, cette étude a révélé que Sgr A* tourne très rapidement.
- Cette rotation élevée déforme l’espace-temps autour de Sgr A*, ce qui donne l’impression qu’il a la forme d’un ballon de football américain.
L’illustration de cet artiste représente les résultats d’une nouvelle étude sur le trou noir supermassif au centre de notre galaxie appelé Sagittarius A* (en abrégé Sgr A*). Ce résultat a révélé que Sgr A* tourne si rapidement qu’il déforme l’espace-temps – c’est-à-dire le temps et les trois dimensions de l’espace – afin qu’il ressemble davantage à un ballon de football.
Ces résultats ont été obtenus avec l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA et le très grand réseau Karl G. Jansky (VLA) de la NSF. Une équipe de chercheurs a appliqué une nouvelle méthode qui utilise des données radiologiques et radiologiques pour déterminer la vitesse de rotation de Sgr A* en fonction de la manière dont la matière s’écoule vers et depuis le trou noir. Ils ont découvert que Sgr A* tourne avec une vitesse angulaire d’environ 60 % de la valeur maximale possible et avec un moment cinétique d’environ 90 % de la valeur maximale possible.
Les trous noirs ont deux propriétés fondamentales : leur masse (son poids) et leur rotation (la vitesse à laquelle ils tournent). La détermination de l’une ou l’autre de ces deux valeurs en dit long aux scientifiques sur un trou noir et sur son comportement. Dans le passé, les astronomes ont réalisé plusieurs autres estimations de la vitesse de rotation de Sgr A* en utilisant différentes techniques, avec des résultats allant de Sgr A* ne tournant pas du tout à une rotation presque maximale.
La nouvelle étude suggère que Sgr A* tourne en fait très rapidement, ce qui entraîne un écrasement de l’espace-temps qui l’entoure. L’illustration montre une coupe transversale de Sgr A* et du matériau tourbillonnant autour d’elle dans un disque. La sphère noire au centre représente ce qu’on appelle l’horizon des événements du trou noir, le point de non-retour d’où rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper.
En regardant le trou noir en rotation de côté, comme le montre cette illustration, l’espace-temps environnant a la forme d’un ballon de football. Plus la rotation est rapide, plus le ballon est plat.
Le matériau jaune-orange de chaque côté représente le gaz tourbillonnant autour de Sgr A*. Ce matériau plonge inévitablement vers le trou noir et traverse l’horizon des événements une fois entré dans la forme du ballon de football. La zone située à l’intérieur de la forme du ballon de football mais à l’extérieur de l’horizon des événements est donc représentée comme une cavité. Les gouttes bleues montrent des jets tirant depuis les pôles du trou noir en rotation. En regardant le trou noir depuis le haut, le long du canon du jet, l’espace-temps a une forme circulaire.
Image radiographique Chandra du Sagittaire A* et de la région environnante. Crédit : NASA/CXC/Univ. du Wisconsin/Y.Bai, et al.
La rotation d’un trou noir peut constituer une source d’énergie importante. Les trous noirs supermassifs en rotation produisent des flux collimatés tels que des jets lorsque leur énergie de rotation est extraite, ce qui nécessite qu’il y ait au moins un peu de matière à proximité du trou noir. En raison du carburant limité autour de Sgr A*, ce trou noir a été relativement calme au cours des derniers millénaires avec des jets relativement faibles. Ces travaux montrent cependant que cela pourrait changer si la quantité de matière à proximité de Sgr A* augmente.
Pour déterminer le spin de Sgr A*, les auteurs ont utilisé une technique empirique appelée « méthode de sortie » qui détaille la relation entre le spin du trou noir et sa masse, les propriétés de la matière à proximité du trou noir et les propriétés de sortie. L’écoulement collimaté produit les ondes radio, tandis que le disque de gaz entourant le trou noir est responsable de l’émission des rayons X. En utilisant cette méthode, les chercheurs ont combiné les données de Chandra et du VLA avec une estimation indépendante de la masse du trou noir provenant d’autres télescopes pour limiter la rotation du trou noir.
L’article décrivant ces résultats dirigé par Ruth Daly (Penn State University) est publié dans le numéro de janvier 2024 de la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Les autres auteurs sont Biny Sebastian (Université du Manitoba, Canada), Megan Donahue (Michigan State University), Christopher O’Dea (Université du Manitoba), Daryl Haggard (Université McGill) et Anan Lu (Université McGill).
Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, dans le Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, dans le Massachusetts.
