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Observation d'un jet de matière éjectée du trou noir MAXI J1820+070

Longtemps mise en doute, l'existence des trous noirs est désormais reconnue par les astrophysiciens.

Par définition les trous noirs ne sont pas directement observables. Ce sont les modications qu'ils imposent à la matière visible les entourant qui permet de les identifier. C'est aussi, comme dans le cas relaté par l'article dont nous publions ci-dessous le résumé, grâce l'observation des jets de matière qu'ils éjectent.

Un trou noir est un objet astronomique si dense que la force gravitationnelle qu'il exerce attire toute matière ou rayonnement se trouvant à sa proximité. Mais il se trouve qu'il ne peut absorber toute la matière qu'il attire. Une partie, n'ayant pu franchir ce que l'on nomme l'horizon du trou noir, est rejetée à des vitesses proches de celle de la lumière. Ces jets sont aujourd'hui observables par l'intermédiaire des radiotélescopes.

Les trous noirs sont de différentes tailles. Les plus grands, souvent qualifiés de trous noirs géants, se trouvent au centre des galaxies, comme celui nommé Sagittarius A* au centre de la Voie lactée. Mais d'autres plus petits peuvent résulter de l'effondrement gravitationnel d'une étoile super-massive ayant épuisé tout son combustible. Celui mentionné dans l'article est un système dit binaire composé d'une étoile et d'un trou noir. Le trou noir attire progressivement toute la matière de l'étoile. Cependant une partie en est rejetée sous la forme d'un jet de matière qui a pu être observé.

L'article relate les observations poursuivies pendant 200 jours par une équipe d'astrophysiciens ayant utilisé simultanément trois réseaux de radiotélescopes situés respectivement au Royaume Uni, aux Etats-Unis et en Afrique du Sud. Le jet est dit se déplaçant à une vitesse supraluminique. Mais ceci est impossible. Cette vitesse apparente résulte d'un effet d'optique. En fait, elle se situe à une vitesse proche de celle de la lumière, ce qui est déjà considérable pour de la matière.

L'observation ne permet évidemment pas de préciser ce que devient la matière absorbée par un trou noir. Elle ne permet pas non plus de connaître le type d'univers qui se trouve derrière l'horizon du trou noir. Il relève certainement de la physique quantique pour laquelle en particulier il n'existe ni temps ni espace. La synthase actuellement recherchée entre physique quantique et physique ordinaire pour décrire les premiers temps de l'univers, dite cosmologie quantique, permettra sans doute d'en savoir plus.

Référence

Article
An extremely powerful long-lived superluminal ejection from the black hole MAXI J1820+070
02 March 2020

Abstract

Black holes in binary systems execute patterns of outburst activity where two characteristic X-ray states are associated with different behaviours observed at radio wavelengths. The hard state is associated with radio emission indicative of a continuously replenished, collimated, relativistic jet, whereas the soft state is rarely associated with radio emission, and never continuously, implying the absence of a quasi-steady jet. Here we report radio observations of the black hole transient MAXI J1820+070 during its 2018 outburst. As the black hole transitioned from the hard to soft state, we observed an isolated radio flare, which, using high-angular-resolution radio observations, we connect with the launch of bipolar relativistic ejecta. This flare occurs as the radio emission of the core jet is suppressed by a factor of over 800. We monitor the evolution of the ejecta over 200 days and to a maximum separation of 10″, during which period it remains detectable due to in situ particle acceleration. Using simultaneous radio observations sensitive to different angular scales, we calculate an accurate estimate of energy content of the approaching ejection. This energy estimate is far larger than that derived from the state transition radio flare, suggesting a systematic underestimate of jet energetics.

09/03/2020
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