Les Tchèques ont participé à révéler la forme et l’orientation de la matière extrêmement chaude autour du trou noir

Lorsque la matière tombe dans un trou noir, elle s’échauffe à des millions de degrés, ce gaz chaud émet des rayons X.

Les scientifiques utilisent des mesures de polarisation de ces rayons X pour tester et améliorer les modèles existants qui décrivent comment les trous noirs engloutissent la matière et deviennent l’une des sources de rayons X les plus lumineuses de l’univers.

De nouvelles mesures de Cygnus X-1, publiées jeudi dans la revue Science, représentent les toutes premières observations de ce type d’un trou noir aspirant de la matière. Elle a été prise par Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), une mission internationale de la NASA et de l’agence spatiale italienne ASI.

Le système Cygnus X-1 est l’une des sources de rayons X les plus brillantes de notre Galaxie, rappelle la NASA. Il consiste en un trou noir d’une masse de 21 fois la masse du Soleil, en orbite autour d’une étoile compagne d’une masse de 41 fois la masse du Soleil.

“Les précédentes observations de rayons X de trous noirs n’ont mesuré que l’énergie, la direction et l’heure d’arrivée des rayons X du plasma chaud en spirale dans un trou noir”, a déclaré l’auteur principal de l’étude Henric Krawczynski, professeur de physique à l’Université de Washington à St. . Louis et membre du McDonnell Center for Space Sciences de l’université.

“IXPE mesure également leur polarisation linéaire, qui contient des informations sur la façon dont les rayons X ont été émis et à quoi ils ressemblaient et où ils ont rebondi sur le matériau près du trou noir”, a-t-il ajouté.

Aucune lumière, pas même un rayon X, ne s’échappe de ce que l’on appelle l’horizon des événements d’un trou noir. L’émission de rayons X détectée par IXPE est émise par la matière chaude, ou plasma, dans une région de deux mille kilomètres de diamètre autour de l’horizon des événements de 60 kilomètres du trou noir.

La combinaison des données de l’IXPE avec les observations simultanées de rayons X des sondes NICER et NuSTAR de la NASA en mai et juin de cette année a permis aux auteurs de déterminer la disposition, c’est-à-dire la forme et la position, du plasma autour du trou noir dans Cygnus X-1.

Les chercheurs ont découvert que le plasma se dilate perpendiculairement au jet de plasma étroit à deux côtés, le soi-disant jet. L’alignement correspondant de la direction de polarisation des rayons X avec la direction du jet soutient fortement l’hypothèse selon laquelle les processus dans la région brillante des rayons X près du trou noir jouent un rôle important dans le déclenchement de ces jets.

Les observations concordent avec les modèles qui prédisent que la soi-disant couronne de plasma chaud remplace la partie interne du disque de matière en spirale vers le trou noir, ou entoure le disque “comme un sandwich”.

Une meilleure compréhension de la structure du plasma autour d’un trou noir peut révéler beaucoup de choses sur la façon dont les trous noirs rassemblent la matière. “Ces nouvelles vues permettront d’améliorer les études par rayons X de la façon dont la gravité courbe l’espace et le temps autour des trous noirs”, a noté Krawczynski.

“Les observations de l’IXPE révèlent que le flux de matière qui s’enroule dans le trou noir est vu plus de côté qu’on ne le pensait auparavant”, a expliqué le co-auteur de l’étude Michal Dovčiak de l’Institut astronomique de l’Académie des sciences de la République tchèque.

“Cela pourrait être le signe d’un décalage entre l’orientation de la rotation du trou noir et l’ensemble du système binaire”, a ajouté la co-auteure de l’étude Alexandra Veledinová de l’Université de Turku, en Finlande. “Cette orientation différente aurait pu être acquise par le système lorsque l’ancêtre stellaire du trou noir actuel a explosé.”

La contribution de l’équipe tchèque à la découverte :

• créer des modèles uniques pour les données polarimétriques des rayons X
• analyse et interprétation des données spectrales et de polarisation mesurées
• planification des observations avec les satellites IXPE, NICER et NuSTAR
• simulation d’observation pour estimer la durée du temps d’exposition lors de sa préparation