jeudi 29 août 2013

Mesurer le Champ Magnétique d'un Trou Noir Supermassif à l'aide d'un Magnétar, c'est Possible!

Les ondes électromagnétiques  polarisées linéairement et qui passent à travers une champ magnétique subissent ce qu’on appelle une rotation de Faraday : le vecteur polarisation acquiert un mouvement de rotation, dont l’intensité, qui est appelé la MR (mesure rotationnelle) dépend bien sûr de l’intensité du champ magnétique, mais aussi de la densité d’électrons, de la distance traversée, et des constantes classiques que sont le nombre pi, la masse et la charge de l’électron et la vitesse de la lumière.

Il se trouve que l’émission radio qui est associée au trou noir supermassif du centre galactique, Sgr A*, possède la MR la plus énorme qu’on connaisse de toutes les sources de la galaxie ; elle vaut -5 105 rad.m-2. On pense qu’elle est produite par une colonne de gaz chaud magnétisé depuis le flux d’accrétion tombant dans le trou noir.
Mais la rotation de Faraday que subit l’émission radio de Sgr A*, qui doit traverser toute la colonne de gaz en accrétion, est dominée par les plus petites échelles. Pour pouvoir mesurer la magnétisation du disque d’accrétion aux échelles les plus externes, d’autres source radio polarisées sont nécessaires.


Les pulsars sont bien sûr des candidats idéaux. Je vous ai déjà parlé ici de l’utilisation d’un pulsar en orbite autour de Sgr A* pour étudier le champ gravitationnel. Et bien, ils peuvent donc également être utilisés pour étudier le champ magnétique, c’est ce qu’on fait des astrophysiciens grâce à la découverte d’un magnétar très proche de Sgr A*, qui se nomme PSR J1745-2900, et qui se trouve à moins de 35 années-lumière du centre galactique.
Son émission radio montre une très forte polarisation linéaire, ce qui permet d’en étudier facilement sa rotation de Faraday. Cette a été mesurée sur trois radiotélescopes différents, et la valeur de MR obtenue n’est ni plus ni moins que la plus importante, après celle de Sgr A*.

Les astrophysiciens parviennent à en déduire la distance à laquelle se trouve le plasma magnétisé à l’origine de la rotation de Faraday, à moins de 100 années-lumière du trou. Grâce à cette valeur, ils cherchent ensuite à calculer la valeur du champ magnétique, évidemment. Mais pour cela ils ont eu besoin d’informations supplémentaires sur le gaz en présence. Il y a en fait deux sous-populations de gaz de différentes températures dans cette zone. Ils trouvent finalement une valeur du champ magnétique qui serait de l’ordre de 2,6 mGauss à une distance de 0,12 parsecs (0.4 A.L) du trou.

Or, comme il s’agit d’un disque d’accrétion, la densité et le champ magnétique sont sensés croître plus le rayon est petit, plus on s’approche de l’horizon du trou. La modèle de l’émission de Sgr A* dit qu’il doit produire un champ magnétique compris entre 30 et 100 Gauss pour expliquer le rayonnement synchrotron qui a lieu au niveau de l’horizon.

Il suffit d’appliquer une simple évolution de l’intensité du champ magnétique en inverse de la distance, ce que dit la théorie, pour trouver que le passage de 0.12 parsec, qui est égal à 300000 fois le rayon de l’horizon du trou noir (pourtant déjà grand), à 1 ou 2 fois le rayon, donne un champ magnétique de plusieurs centaines de Gauss… ce qui est tout à fait cohérent avec la plupart des modèles d’accrétion, où une équirépartition de l’énergie magnétique, cinétique et gravitationnelle dans le gaz accrété est supputée…


Référence :
A strong magnetic field around the supermassive black hole at the centre of the Galaxy
R. P. Eatough et al.
Nature (2013) 20 August 2013