Vue d'artiste des jets d'un trou noir supermassif. Le crédit: (NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital) Le célèbre trou noir au cœur de la galaxie M87 émet des jets de matière qui se déplacent à une vitesse proche de la lumière.
Le trou noir au cœur de la galaxie Messier 87 porte le nom de M87*, et les astronomes l'observent depuis longtemps. L'année dernière, le télescope Event Horizon a capturé une image de M87*, la toute première image d'un trou noir. Cette image n'a fait qu'ajouter à la renommée de M87*.
(Collaboration avec le télescope Event Horizon)
M87 est également connu sous le nom de Virgo A ou NGC 4486. C'est un galaxie elliptique supergéante dans la constellation de la Vierge, à environ 53 millions d'années-lumière de nous. M87 s'étend sur environ 240 000 années-lumière, un peu plus que la Voie lactée.
Il est entouré d'un nombre incroyable de 12 000 amas d'étoiles globulaires, par rapport aux 200 dérisoires de la Voie lactée. Comme d'autres elliptiques, les scientifiques pensent que M87 est devenu si massif grâce aux fusions.
M87 * (étoile M87) est un trou noir supermassif (SMBH) au centre de M87 avec l'une des masses les plus élevées de tous les SMBH. Il est environ 6,5 milliards de fois plus massif que le Soleil. M87* se trouve à 55 millions d'années-lumière et émet un jet de matière relativiste qui s'étend sur environ 5 000 années-lumière dans l'espace.
Il y a des années, Hubble a capturé une image composite bien connue du jet en lumière visible et infrarouge.
Un jet de 5000 années-lumière éjecté de M87. (NASA/The Hubble Heritage Team/STScI/AURA)
Les astronomes observent le jet de matière de M87* depuis des années dans différentes longueurs d'onde : radio, optique et rayons X. Maintenant, pour la première fois, les observations aux rayons X de Chandra montrent que des sections de ce jet se déplacent à plus de 99 % de la vitesse de la lumière.
«C'est la première fois que des vitesses aussi extrêmes du jet d'un trou noir sont enregistrées à l'aide de données de rayons X», a déclaré Ralph Kraft du Center of Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) à Cambridge, dans un communiqué de presse . 'Nous avions besoin de la vision nette aux rayons X de Chandra pour effectuer ces mesures.'
Kraft a récemment présenté ces nouveaux résultats lors de la réunion de l'American Astronomical Society à Honolulu, Hawaï. Les résultats sont également publiés dans un article intitulé ' Détection du mouvement supraluminique dans le jet de rayons X du M87 ' dans le Journal astrophysique .
Qu'est-ce qui cause les jets?
Un trou noir comme M87* attire de la matière vers lui au centre de la galaxie. Au fur et à mesure que le matériau s'approche, il commence à tourner autour du trou noir dans une structure appelée disque d'accrétion . Mais ce matériau n'est pas voué à être aspiré dans le trou.
Seule une petite quantité tombe dedans, tandis qu'une partie est éjectée dans l'espace. La matière éjectée prend la forme d'un jet, ou d'un faisceau, qui suit les lignes de champ magnétique. Ces jets ne sont pas lisses et sans relief : ils présentent des touffes ou des nœuds que les observatoires comme le Chandra peuvent voir.
Deux de ces nœuds intéressent particulièrement les astronomes. Ils ont utilisé des images au fil des ans pour suivre le mouvement de ces nœuds. Ils sont respectivement à environ 900 et 2 500 années-lumière du SMBH.
Les données de rayons X de l'observatoire de Chandra montrent que les nœuds se déplacent à des vitesses incroyables : 6,3 fois la vitesse de la lumière pour le nœud le plus proche du centre et 2,4 fois la vitesse de la lumière pour l'autre.
Attendre. Rien ne va plus vite que la vitesse de la lumière
Mais c'est impossible. Rien ne va plus vite que la vitesse de la lumière. Cela, bien sûr, est vrai, donc il doit y avoir quelque chose d'autre qui se passe ici.
Que quelque chose d'autre s'appelle ' mouvement supraluminique '.
«L'une des lois inviolables de la physique est que rien ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière», a déclaré le co-auteur de l'étude, Brad Snios, également du CfA. 'Nous n'avons pas rompu la physique, mais nous avons trouvé un exemple d'un phénomène étonnant appelé mouvement supraluminique.'
Le mouvement supraluminique implique la vitesse de l'objet et sa trajectoire par rapport à notre ligne de visée. Lorsqu'un objet, en l'occurrence le jet de matière, se déplace à une vitesse proche de la vitesse de la lumière et proche de notre champ de vision, il crée une illusion appelée mouvement supraluminique.
C'est parce que le jet de matière lui-même se déplace presque aussi vite que la lumière qu'il génère. Puisque le jet de M87* pointe presque droit sur nous, il génère ces vitesses apparemment impossibles.
(NASA/Wikimédia)
Les astronomes ont déjà vu ces jets se déplacer à ces vitesses, mais jamais sous la lumière des rayons X. Cela signifie qu'ils n'ont jamais été sûrs que c'étaient les amas de matériaux eux-mêmes qui se déplaçaient à 99 % de la vitesse de la lumière. Cela aurait pu être des ondes de choc plutôt que des touffes.
Le jet de M87 * se déplace en spirale autour d'un champ magnétique, ce qui a permis de clarifier la vitesse des jets. Dans les observations aux rayons X, l'équipe à l'origine de l'étude a constaté que la caractéristique avec la vitesse observée la plus élevée - 6,3 fois la vitesse de la lumière - s'est estompée de plus de 70 % entre 2012 et 2017.
La décoloration ne s'est produite que dans les rayons X, pas dans l'optique et les UV, et est probablement causée par la perte d'énergie des particules au fil du temps alors qu'elles tournent autour du champ magnétique.
Ce phénomène est appelé refroidissement synchrotron. Cela signifie que les astronomes voyaient les rayons X des mêmes particules à des moments différents, ce qui signifie que ce qu'ils observent ne peut pas être une onde, mais doit être les particules elles-mêmes dans le jet.
'Notre travail fournit la preuve la plus solide à ce jour que les particules dans le jet de M87* se déplacent en fait à une vitesse proche de la limite de vitesse cosmique', a déclaré Snios.
Le Chandra, l'EHT et le M87*
Les données de Chandra et le télescope Event Horizon se complètent bien lorsqu'il s'agit d'étudier M87*. Lorsque l'EHT a imagé l'anneau d'horizon des événements autour du trou noir, il s'agissait d'un instantané de six jours.
Mais l'étude de Chandra sur le jet porte sur des matériaux qui ont été éjectés de M87* des centaines, voire des milliers d'années plus tôt.
L'image EHT est également environ 100 millions de fois plus petite que le jet que Chandra a photographié.
'C'est comme si le télescope Event Horizon donnait une vue rapprochée d'un lance-roquettes', a déclaré Paul Nulsen du CfA, un autre co-auteur de l'étude, 'et Chandra nous montre les fusées en vol.'
Cet article a été initialement publié par Univers aujourd'hui . Lis le article original .