Science

De nouvelles preuves de trous noirs dans les rayons X.

Ce n’est pas encore le Graal de l’astrophysique pour prouver définitivement son existence trous noirs, mais ça s’en rapproche. Il faut dire que ces étoiles avec un champ gravitationnel si intense qu’aucune matière ou rayonnement ne peut s’échapper sont par définition invisibles. Prédits par la théorie de la relativité générale d’Einstein, ils représentaient un concept pur pour la première fois avant que les scientifiques ne puissent s’appuyer sur des processus astrophysiques très réels pour expliquer leur formation et prédire leurs manifestations observables. En particulier, lorsque la matière irrésistiblement attirée vers un trou noir s’approche de la frontière impalpable d’où rien ne peut s’échapper – appelée horizon des événements – elle est chauffée à des températures très élevées et émet de grandes quantités de rayons X avant d’être avalée. Cependant, ce rayonnement est clairement visible. Ainsi, lorsqu’un trou noir de masse stellaire dévore une étoile proche, les astronomes peuvent le deviner. Enfin presque …

Le problème est que les trous noirs ne sont pas les seuls à briller dans les rayons X accumulant du matériel arraché à une étoile. Juste en dessous des trous noirs, poids lourds parmi les étoiles, étoiles à neutrons, catégorie moyenne-lourde, fais-le aussi. Et, pour compliquer davantage les choses, les scientifiques ne savent pas quelle masse une étoile est un trou noir et, inversement, en dessous de laquelle nous sommes confrontés à une étoile à neutrons. Cependant, la découverte récente d’une équipe internationale, qui réunit des chercheurs de l’Institut Tata pour la recherche fondamentale (Inde), de l’Institut Max-Planck pour l’astrophysique (Allemagne) et de l’Institut de recherche spatiale de l’Académie des sciences de Russie, pourrait changer cela très rapidement.

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Étoile à surface dure

En effet, à partir des données collectées par le télescope spatial Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA, arrêté depuis janvier 2012, ils ont identifié une signature qui permet de distinguer les émissions de rayons X liées à la présence d’un trou noir de celles provenant d’une étoile de neutrons. De toute évidence, les émissions de rayons X observées sont différentes selon le scénario. Pour comprendre comment, sans entrer dans des détails trop sombres, il faut garder à l’esprit que les étoiles à neutrons ont une surface dure où les trous noirs ont un horizon d’événement à travers lequel nous pouvons entrer mais pas sortir. Ce que les astrophysiciens ont identifié, c’est l’effet de la présence ou de l’absence d’une surface dure sur l’émission de rayons X observée.

Ce graphe permet de visualiser qu’en croisant deux paramètres caractérisant les émissions de rayons X observées, il est clairement possible de distinguer celui lié à l’augmentation de matière par un trou noir (rouge) ou une étoile à neutrons (bleu). © Srimanta Banerjee, Sudip Bhattacharyya, Marat Gilfanov

Seconde leurs résultats, très prochainement publié dans le magazine Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, cette signature distinctive, très claire, devrait maintenant permettre de distinguer facilement s’il s’agit d’un trou noir de masse stellaire ou d’une étoile à neutrons. De quoi comprendre encore mieux le niveau de masse critique à partir duquel nous sommes confrontés à l’une ou l’autre de ces étoiles. Enfin, et peut-être le plus important, la nature même de cette signature suggère fortement l’existence du célèbre horizon des événements du trou noir. Prouver l’existence de l’horizon des événements, c’est prouver définitivement que les trous noirs existent. Le Graal n’est donc pas si loin …

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Delphine Perrault

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