Pourquoi les « jets » des trous noirs dépassent la vitesse de la lumière

"Nous avons de bonnes raisons de croire que la surface du disque d'accrétion d'un trou noir se comporte d'une manière similaire au soleil — il est composé d'un gaz en ignition où se produisent constamment de différents processus magnétiques, y compris la reconnexion de lignes de force et les éruptions. Le champ magnétique global de ce disque contrôle le mouvement et la forme de projections de trous noirs", explique Christian Fendt de l'institut de radioastronomie de Bonn (Allemagne).

Les trous noirs supermassifs existent dans le centre de pratiquement toutes les galaxies. Contrairement aux trous noirs qui apparaissent après l'effondrement d'une étoile, leur masse est plusieurs millions de fois supérieure à celle du soleil. Ils absorbent périodiquement des étoiles, d'autres corps célestes et du gaz et émettent une partie de la matière absorbée sous formes de jets — des boules de plasma chaud qui se déplacent à la vitesse de la lumière.

Les premières observations de telles projections ont montré l'impossible — la vitesse de déplacement de la matière dans différentes parties des jets pouvait changer significativement et parfois dépassait la vitesse de la lumière. Cette découverte a poussé les chercheurs à tenter d'établir comme apparaissent de tels jets de matière et pourquoi ils se déplacent d'une manière qui semble enfreindre les lois de la physique.

Fendt et ses collègues ont découvert comment cela se produit en observant l'un des plus grands trous noirs supermassifs et des plus proches de nous situé dans la galaxie M87 dans la constellation de la Vierge. Elle se trouve à seulement 54 millions d'années-lumière de nous, grâce à quoi le jet de son trou noir découvert il y a pratiquement cent ans est bien visible même aux télescopes les plus ordinaires.

Le réseau de télescopes VLBA réunissant des dizaines d'antennes astronomiques très puissantes a permis aux chercheurs de photographier les "pattes" du jet et de s'approcher à une distance environ sept fois inférieur à la taille du système solaire.

En analysant des centaines d'images les astronomes allemands ont découvert que le jet "dansait" — sa base se balançait en permanence, et les flux de matière recevaient une accélération supplémentaire sous l'effet de champs magnétiques qui se trouvaient à proximité de l'horizon des activités du trou noir au centre de la M87.

Les chercheurs expliquent que ce sont ces fluctuations qui laissaient à croire que le flux se déplace à une vitesse supraluminique, car parfois la matière ne se retrouvait pas alignée, mais enroulée dans une sorte de spirale.

D'après les scientifiques, à l'origine de ces champs se trouve ce qu'on appelle le disque d'accrétion — un anneau de gaz à ignition et de matière moulue d'étoiles et de planètes qui entoure le trou noir. Selon Fendt et ses collègues, à intérieur il existe de puissants champs magnétiques dont l'interaction influence le jet et même participe à sa naissance en "déplaçant" le point où se situe la base d'émission du trou noir.

Tout cela, soulignent les experts, rapproche en quelque sorte les projections des trous noirs et notre soleil sur lequel les éruptions et les taches apparaissent de manière semblable. Les astronomes comptent vérifier prochainement si c'est vraiment le cas, quand les participants au projet Event Horizon Telescope décrypteront les images plus détaillées du noyau de la M87 obtenues début avril.