Astro2009

Qui est le premier, les trous noirs super-massifs qui dévorent frénétiquement de la matière ou les énormes galaxies où ils résident ? Un tout nouveau scénario est apparu suite à une récente série de remarquables observations d’un trou noir « sans toit » : les trous noirs pourraient « construire » leur propre galaxie hôte. Ce résultat pourrait être le chainon manquant longtemps recherché pour comprendre pourquoi la masse des trous noirs hébergés par des galaxies contenant plus d’étoiles est plus importante.

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Image d’artiste montrant un trou noir en train de former la galaxie qu’il va habiter. Crédit ESO.

Des physiciens ont recréé le comportement de la matière chaude émettant des rayons X quand elle chute en direction d’un astre compact dans un disque d’accrétion. Résultat : l’accord est bon avec le spectre d’émission des trous noirs et des pulsars mais quelques différences existent.

Comme il a été rappelé dernièrement à l’occasion d’un colloque de cosmologie et de philosophie à Lyon, le philosophe et mathématicien français Auguste Comte pensait que la composition et la température des étoiles seraient à tout jamais inconnues pour l’Humanité. Par quels moyens pourrait-on même simplement se rendre sur le Soleil et avec quel thermomètre pourrait-on en mesurer la température ? raisonnait-il.

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Un schéma montrant le gaz arraché à une étoile dans un système binaire par les forces de marée d’un astre compact. En spiralant vers l’astre, le gaz s’échauffe, forme un disque et émet des rayons X très intenses. Crédit : Nature Physics

En combinant les données de Chandra, le satellite astronomique qui observe les rayons X, et celles du télescope spatial Hubble, les astronomes ont mis en évidence deux “yeux” lumineux au centre de la galaxie NGC 6240. Il s’agit de deux trous noirs espacés de seulement 3000 années-lumière.

Crédit NASA.

Les sursauts gamma longs sont expliqués par le modèle des hypernovae, des étoiles si massives qu’un trou noir se forme en leur cœur, par effondrement gravitationnel, causant l’explosion de l’étoile. Mais ce modèle ne fonctionne pas toujours… Parfois, avancent deux astronomes, ce serait la fusion d’un trou noir externe avec l’étoile qu’il faudrait invoquer.

A la fin des années 1960, l’existence des sursauts gamma était tenue secrète par les militaires. En effet, leur découverte a été le sous-produit inattendu des détecteurs de flash gamma installés dans l’espace pour surveiller d’éventuels tests d’explosions nucléaires à l’époque de la guerre froide.

Révélée au cours des années 1970, l’existence des sursauts gamma rendit immédiatement les astrophysiciens perplexes et ce n’est que vers la fin des années 1990 que leur véritable nature commença à être vraiment comprise suite à des observations convaincantes. Si les sursauts gamma courts semblent le résultat de collisions entre étoiles à neutrons dans un système binaire à des distances cosmologiques peu importantes, il n’en va pas de même des sursauts longs. Ces derniers seraient majoritairement les produits de l’explosion d’étoiles très massives existant au début de l’histoire de l’Univers.

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Un trou noir en orbite rapprochée autour d’une géante bleue accumulant de la matière avec son disque et émettant deux jets. Il s’agit peut-être d’un stade précoce avant la formation de certains sursauts gamma longs. Crédit : Nasa / Honeywell Max-Q Digital Group / Dana Berry

L’amas de galaxies Hydra A renferme un trou noir gourmant : les jets de gaz et de matière qui trahissent sa présence sont particulièrement riches en fer.

L’image ci-dessous est un compositage de différentes observations : celles du satellite Chandra dans les rayons X, du Very Large Array dans le domaine radio, ainsi que les données optiques fournies par le télescope Canada-France-Hawaï et le Digitized Sky Survey.

Crédit : X-ray: NASA/CXC/U.Waterloo/C.Kirkpatrick et al.; Radio: NSF/NRAO/VLA; Optical: Canada-France-Hawaii-Telescope/DSS

Galaxies et trous noirs supermassifs croissent-ils de pair, en particulier au début de leur histoire ? L’observation du plus lointain trou noir supermassif grâce au télescope Subaru devrait nous aider à le savoir.

La théorie du Big Bang, sous réserve que l’on entende bien par là, comme tous les astrophysiciens et cosmologistes compétents, la théorie affirmant qu’il y a 13,7 milliards d’années l’ensemble de l’univers observable était plus beaucoup plus chaud, plus dense et moins organisé que celui d’aujourd’hui, a désormais la solidité du roc.

Ce qui ne veut pas dire que la théorie est complète et parfaite, loin de là. Il reste en particulier à bien comprendre comment les galaxies et les amas de galaxies se sont formés et ont évolué pour donner les structures à grandes échelles que nous connaissons.

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Une image en fausses couleurs de l’objet QSO (CFHQSJ2329-0301). Au centre en jaune se trouve l’émission liée au quasar et en rouge autour celle des étoiles de la galaxie hôte. Crédit : Tomotsugu Goto, University of Hawaii

Depuis sa découverte il y a 45 ans, Cygnus X-1 a été l’une des sources de rayons X cosmiques les plus intensivement étudiées. Environ une décennie après sa découverte, Cygnus X-1 est devenue célèbre : on avait découvert que c’était un trou noir !

Le système de Cygnus X-1 se compose d’un trou noir d’une masse d’environ 10 fois celle du Soleil qui orbite à proximité d’une étoile supergéante bleue d’une masse d’environ 20 soleils. Le gaz s’échapant de la supergéante est avalé par le trou noir et forme à l’intérieur un disque qui se développe en spirale. L’énergie gravitationnelle libérée par ce gaz alimente l’émission de rayons X de Cygnus X-1.

Bien que plus d’un millier d’articles scientifiques aient été publiés sur Cygnus X-1, son statut continue de susciter l’intérêt des scientifiques qui cherchent à comprendre la nature des trous noirs et comment ils affectent leur environnement. Les observations réalisées avec Chandra et XMM-Newton sont particulièrement précieuses pour l’étude de la propriété du vent stellaire qui alimente Cygnus X-1, et la détermination de son taux de rotation.

Crédit NASA / CXC / SAO

Un groupe de chercheurs de l’université de Berkeley vient de trouver un moyen d’explorer la physique des trous noirs en simulant leur influence sur les rayons lumineux à l’aide des métamatériaux, ceux-là mêmes que l’on utilise pour créer des dispositifs d’invisibilité. A l’horizon : la possibilité de simuler au laboratoire des trous noirs ou même des systèmes planétaires.

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En combinant les radiotélescopes du VLBA et trois instruments travaillant dans le domaine gamma, des astronomes ont observé plus précisément que jamais le trou noir central de la célèbre radiogalaxie M87. Conclusion : c’est bien dans son environnement immédiat que se produisent les puissantes éruptions gamma.

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Cette image obtenue aussi avec le VLBA représente le jet de matière de M87 sur une distance de 200.000 années-lumière environ. La zone cerclé en blanc indique la résolution atteinte par les télescopes gamma, ce qui est assez faible. Crédit : NRAO/AUI/NSF

A 12 milliards d’années-lumière, ce gigantesque nuage d’hydrogène est une bulle Lyman-alpha. On lui doit son nom à son émission dans l’ultraviolet, dans la raie Lyman-alpha de l’hydrogène.

Ce nuage est sans doute chauffé par les radiations issues de galaxies actives et d’un trou noir gigantesque. L’image est composées d’observations réalisées en rayons X, en infrarouge et dans le visible depuis plusieurs observatoires terrestres et spatiaux.

Crédit: NASA / ESA, CXC, JPL-Caltech, STScI, NAOJ, J.E. Geach (Univ. Durham) et al.