Une nouvelle étude pourrait aider à résoudre la question de la vitesse à laquelle tourne le trou noir supermassif de la Voie lactée. Le trou noir, appelé Sagittaire A* (SgrA*), a une masse environ 4 millions de fois celle du Soleil. L'étude, réalisée à l'aide de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA et du Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation, a révélé que SgrA* tourne rapidement. Cette rotation élevée déforme l'espace-temps autour de SgrA* pour qu'il ressemble à un ballon de football américain.
L'illustration de cet artiste montre une coupe transversale du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée et de la matière environnante. 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 un trou noir en rotation de côté, comme le montre la figure, 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 tombe inévitablement vers le trou noir, et une fois tombé dans l’intérieur en forme de ballon de football, il traverse l’horizon des événements. Par conséquent, la zone située à l’intérieur de la forme du ballon de football, en dehors de l’horizon des événements, est représentée comme une cavité. Les sphères bleues représentent des jets émanant des pôles du trou noir en rotation. Source de l'image : NASA/CXC/M.Weiss
Cette illustration d'artiste représente les résultats d'une nouvelle étude du Sagittaire A* (SgrA*), le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée. L'étude a révélé que SgrA* tourne si vite qu'il déforme l'espace-temps - les trois dimensions du temps et de l'espace - le faisant ressembler davantage à un ballon de football.
Les résultats ont été produits par l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA et le très grand réseau Karl G. Jansky (VLA) de la National Science Foundation. L’équipe a utilisé une nouvelle méthode, utilisant des données radiologiques et radiologiques, pour déterminer la vitesse de rotation de SgrA* en fonction de la manière dont la matière entre et sort du trou noir. Ils ont découvert que la vitesse angulaire de rotation de SgrA* représente environ 60 % de la valeur maximale possible et que son moment cinétique représente environ 90 % de la valeur maximale possible.
Les trous noirs ont deux propriétés fondamentales : la masse (poids) et la rotation (vitesse de rotation). Déterminer l'une ou l'autre de ces valeurs donnerait aux scientifiques une bonne idée de tout trou noir et de son comportement. Les astronomes ont réalisé plusieurs estimations de la vitesse de rotation de SgrA* dans le passé en utilisant différentes techniques, avec des résultats allant de SgrA* ne tournant pas du tout à presque tournant à sa vitesse maximale.
De nouvelles recherches montrent que SgrA* tourne en réalité rapidement, ce qui entraîne une compression de l'espace-temps qui l'entoure. Voici une coupe transversale de SgrA* et du disque de matériau tournant autour de lui. 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.
Comme le montre la figure, lorsque l’on observe un trou noir en rotation de côté, l’espace-temps environnant a la forme d’un ballon de football. Plus la rotation est rapide, plus le ballon devient plat.
Le matériau jaune-orange de chaque côté représente le gaz tourbillonnant autour de SgrA*. Ce matériau tombera inévitablement vers le trou noir, et une fois tombé à l'intérieur de la forme du ballon de football, il traversera l'horizon des événements. Par conséquent, la zone située à l’intérieur de la forme du ballon de football, en dehors de l’horizon des événements, est représentée comme une cavité. Les sphères bleues représentent les jets éjectés des pôles du trou noir en rotation. En regardant le trou noir depuis le haut le long du canon du jet, l’espace-temps est un cercle.
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 lorsqu'ils extraient de l'énergie de spin, ce qui nécessite au moins un peu de matière à proximité du trou noir. En raison du carburant limité autour de SgrA*, le trou noir est relativement silencieux et ses jets relativement faibles depuis près de mille ans. Cependant, cette étude montre que cela pourrait changer si la quantité de matériau proche de SgrA* augmente.
Pour déterminer le spin de SgrA*, les auteurs ont utilisé une technique empirique appelée « méthode de sortie », qui détaille la relation entre la rotation d'un trou noir et sa masse, les propriétés du matériau proche du trou noir et les propriétés de sortie. L'écoulement collimaté produit des ondes radio, tandis que le disque de gaz entourant le trou noir produit un rayonnement X. En utilisant cette méthode, les chercheurs ont combiné les données de Chandra et du VLA avec des estimations indépendantes de la masse du trou noir provenant d'autres télescopes pour imposer des contraintes sur la rotation du trou noir.
Un article décrivant ces résultats, dirigé par Ruth Daly (Pennsylvania State University), paraît dans le numéro de janvier 2024 de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Source compilée : ScitechDaily