Les trous noirs alimentent les objets les plus lumineux du cosmos

Les astronomes révèlent que les trous noirs révèlent les Blazars qui sont considérés comme les objets les plus lumineux du cosmos.


Les trous noirs supermassifs alimenteraient les objets les plus lumineux du cosmos qu'on appelle les Blazars
Cette image d'artiste représente un Jet de particules et de radiations qui est tiré à proximité d'un trou noir supermassif d'une galaxie active. Quand ce Jet est pointé vers la Terre, alors nos téléscopes le voient comme un Blazar.

Paradoxalement, les objets les plus lumineux dans notre cosmos sont invisibles à l’oeil nu. Ce sont les Blazards, des mystérieux objets qui s’illuminent avec toutes sortes de radiation allant des ondes radio jusqu’aux rayons gammas. Au Boston University Lab, les astronomes Alan Marscher, Svetlana Jorstad et leurs étudiants tentent de comprendre le fonctionnement des Blazars et la provenance de leur énergie gigantesque. Et les astronomes pensent que les Blazars sont alimentés par des trous noirs supermassifs qui contiennent la masse de centaines de millions de soleils. Mais comment les trous noirs, dont la gravité est si forte qu’elle retient même la lumière, peuvent alimenter les objets les plus lumineux du cosmos ?

C’est un puzzle que Marscher, professeur d’ à l’Institute for Astrophysical Research et Jorstad, chercheuse scientifique senior du même institut tentent de résoudre. Toute la lumière qui provient des Blazars en fait les objets les plus lumineux du cosmos. Mais on ne peut pas voir une grande partie de cette lumière. Cette lumière se propage à travers tout le spectre du champ électromagnétique, un arc-en-ciel avec des couleurs que nos yeux ne peuvent pas voir et qui inclut les ondes radio, les rayons gamma et bien d’autres encore. Même si d’autres phénomènes astronomiques peuvent briller plus qu’un Blazar pendant quelques minutes, le Blazar peut émettre la même luminosité sur une longue période.

Aujourd’hui, les astrophysiciens ont catalogué des milliers de Blazars. En fait, selon Jorstad et Marscher, si nous pouvions voir le cosmos avec une vue en rayon gamma, les Blazar domineraient le ciel pendant la nuit. Mais on ignore toujours leur nature et la provenance de leur énergie. Le premier Blazar a été découvert en 1962 et il a totalement stupéfait les scientifiques de l’époque. Aujourd’hui, un télescope comme Hubble nous donne quelques indices.

En premier lieu, les astronomes ont pisté les Blazars jusqu’à d’anciennes galaxies situées à des centaines de millions ou même des milliards d’années-lumières de la Terre. Chacune des galaxies, comme notre Voie lactée, possède un supermassif en son centre qui a englouti de la matière équivalente à des millions de soleils. D’une manière ou d’une autre, ce sont ces trous noirs géants qui alimentent les Blazars.

Même si chaque galaxie proche possède un trou noir supermassif, seule une fraction de ces galaxies sont encore actives. Par active, on entend des galaxies qui émettent une grande quantité d’énergie. Et seules quelques galaxies possèdent des Blazars. Et donc, quel est le point commun ? Et bien, cela commence par le régime alimentaire du trou noir. Les trous noirs avalent tout ce qui se trouve à leur portée. Quand un trou noir est bien rassasié selon Marscher, alors la matière qui tend à tomber dans le trou va se figer dans un disque en forme de crêpe centré sur le trou noir. La friction dans le disque le réchauffe et il se met à s’illuminer avec de la lumière visible et ultra-violette. C’est la première explication sur les galaxies actives et d’autres qui sont des zombies. Mais il y a autre chose qui fait que ces galaxies actives sont capables d’alimenter le Blazar.

Les astronomes pensent que ce quelque chose est un Jet : une lance de lumière composée de particules chargées, de champs magnétiques et de radiation qui est tirée à partir du haut et du bas du disque en rotation. Quand un de ces jets est pointé directement vers la Terre, nos télescopes le voient comme un Blazar. Le trou noir avale chaque chose à sa portée selon Marscher, mais il crée une telle dévastation, dans la chute des objets en son sein, qu’on a la création de ces jets. Quand les électrons qui se déplacent rapidement à côté du trou noir rencontrent le champ magnétique dans le jet, alors cela provoque un large spectre de radiation allant des ondes radio à basse fréquence jusqu’aux rayons X à haute énergie. Dans le même temps, ces électrons peuvent aussi se transformer en photons afin de fournir l’énergie nécessaire pour créer des rayons gamma.

Et on se pose cette question : Qu’est-ce qui pousse les électrons à une telle vitesse ? Les astrophysiciens en débattent encore, mais de nombreux d’entre eux pensent que les électrons sont verticillés dans un champ magnétique en forme de tire-bouchon qui les pousse à une très grande vélocité. Marscher compare l’effet au fait de souffler très fort dans un serpentin. Si vous soufflez suffisamment fort, alors le serpentin va aller dans la bonne direction. Et cet effet propulse les jets à une vitesse proche de celle de la lumière.

Si cette hypothèse est vraie, alors le champ magnétique déformé doit laisser une empreinte caractéristique appelée polarisation sur la lumière qui est émise du jet. Mais l’isolement de cette signature n’est pas facile. Pour le faire, Marscher, Jorstad et une équipe de collaborateurs internationaux ont dû attendre qu’un blazar décharge une éruption temporaire et une émission suffisamment concentrée pour cartographier la forme du champ magnétique. L’équipe a commencé ses recherches en 2004 et en 2005, ils ont trouvé ce qu’ils cherchaient. En cherchant dans le jet d’un Blazar puissant appelé BL Lacertae, ils ont détecté la polarisation avec l’éruption qui était tordue d’un tour et demi. Et c’était exactement la forme prédite par les astronomes. Et ils ont présenté leurs résultats dans la revue Nature en 2008.

Ce type d’éruption représente l’une des choses extrêmes de la nature selon Marscher, mais les éruptions sont rares et leur détection nécessite un temps d’observation conséquent avec les télescopes. Mais grâce à une collaboration avec l’observatoire Lowell, Marscher et Jorstad ont pu couvrir 3 douzaines de Blazar avec le télescope Perkins, un télescope optique de 1,8 mètre à côté de Flagstaff en Arizona. Quand une éruption se produit, elle avertit les responsables du satellite Swift qui peut capturer les données en rayon X et en ultra-violet de l’éruption. En analysant le timing des éruptions à différentes longueurs d’onde, les chercheurs peuvent déduire la physique derrière l’éruption. On a également un réseau de radio télescope appelé Very Long Baseline Array (VLBA) qui peut zoomer dans ces éruptions afin d’avoir des détails qui sont 1000 fois supérieures à ceux de Hubble. En fait, les éruptions des Blazar sont tellement éloignées de la Terre que le VLBA est le seul instrument au monde qui peut les détecter.

 

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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