L’analyse des rayons X émis par les objets cosmiques constitue l’une des méthodes essentielles de l’astrophysique. Les chercheurs de l’Institut d'ingénierie physique de Moscou MEPhI expliquent que les disques d’accrétion des trous noirs sont une des sources cosmiques de puissants rayonnements. Il s’agit d’une matière tombant vers le trou noir et dont la température la transforme en plasma. Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review E.
Une équipe internationale des chercheurs dont des chercheurs du MEPhI font partie, a réussi à produire en laboratoire une petite quantité de ce plasma aux caractéristiques identiques à celles de la matière d’un disque d’accrétion d’un trou noir.
«Pendant longtemps, l’astrophysique était considérée comme le lot d’observateurs puisqu’on pensait qu’il était difficile, pour ne pas dire plus, d’influencer les phénomènes qu’elle étudie, et encore moins de reproduire ceux-ci. L’exceptionnalité de notre expérimentation tient au fait que les caractéristiques du plasma obtenu sont celles du plasma que l’on trouve aux alentours des trous noirs des binaires X tels que Cygnus X-1», explique Philippe Korneïev, de l’Institut des technologies laser et plasma du MEPhI.
Selon les chercheurs, le facteur clé de la création des sources de rayons X de ce type est un fort champ magnétique dont la densité atteint quelques milliers de teslas. L’expérimentation avait pour but de tester une méthode de création de ce genre de champs magnétiques dans le plasma. Cette méthode a été développée par les chercheurs de l’Institut des technologies laser et plasma du MEPhI et ceux du laboratoire CELIA de l’université de Bordeaux.
«L’expérimentation a montré que notre méthode permet non seulement créer de très puissants champs magnétiques quasi stationnaires d’une taille record, mais aussi de paramétrer le plasma qui y apparaît et qui possède une forte densité d’énergie de la matière et d’énergie électromagnétique, ce qui est demandé par l’astrophysique de laboratoire contemporaine», a détaillé Philippe Korneïev.
Selon les chercheurs, la méthode utilise le reflet d’un puissant rayon laser autour de la spirale intérieure de la cible. Un morceau roulé d’un papier aluminium de quelques centaines de microns de diamètre a servi de cible. L’impulsion laser ayant une énergie d’environ 330 joules et une durée d’une picoseconde a été absorbée presque complètement par la cavité de la cible en créant à l’intérieur un plasma relativiste et un champ magnétique d’une densité de plus de 2.000 teslas.
«Grâce au fait que le laser, qui était assez puissant, était focalisé sur la cible pendant une durée aussi petite, seulement 10-12 seconde, l’impulsion s’est avérée à peu près vingt fois plus puissante que la puissance consommée par tous les secteurs d’énergie de la Terre. En conséquence pendant quelques picosecondes, un plasma est apparu à l’intérieur de la cible, d’une température de quelques milliards de degrés, d’une densité de 1018 particules par cm3 et avec un champ magnétique de plus de 2.000 teslas qui était gelé dans la matière, ce qui correspond aux caractéristiques du plasma dans le champ d’activité des sources des rayons X», a expliqué Philippe Korneïev.
La quantité de ce plasma chaud et à forts champs magnétiques était suffisamment importante pour avoir les caractéristiques essentielles d’un système astrophysique à part entière, ont indiqué les chercheurs qui l’expliquent par la géométrie de l’expérimentation. À l’intérieur du plasma, les champs magnétiques étaient dirigés les uns vers les autres ce qui a fait que, là où les lignes magnétiques se rencontraient, a été observée une annihilation du champ magnétique déclenchant des jets de particules à des vitesses proches de celle de la lumière.
Cette nouvelle méthode de génération de champs magnétiques superpuissants permettrait par ailleurs d’améliorer l’équipement pour créer les faisceaux de particules dirigés en le rendant plus précis et puissant, précisent les chercheurs. Ce type d’équipement est largement utilisé en sciences expérimentales, médecine, systèmes de sécurité.
L’étude a été menée par un collectif international de chercheurs japonais (université d’Osaka), français (université de Bordeaux), allemands et russes. L’expérimentation a été réalisée par la machine à laser LFEX à l’Institut de l’ingénierie laser de l’université d’Osaka (Japon).