mardi 29 décembre 2015

Observation d'un disque de matière désordonné autour d'un trou noir supermassif

Le télescope spatial NuSTAR vient de permettre de visualiser pour la première fois la structure du disque de matière entourant un trou noir supermassif, et contrairement à l'image ordonnée et lisse que se faisaient les astrophysiciens jusqu'alors, ce disque apparaît très désordonné...



Andrea Marinucci, de l'Université de Rome, et ses collaborateurs ne se sont pas contenté des seules données du télescope américain  NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) mais ont également utilisé le télescope européen XMM-Newton, spécialisé lui aussi dans les rayons X, pour étudier de près la matière entourant le trou noir supermassif de la galaxie NGC 1068. Cette galaxie est une galaxie relativement proche, située à 47 millions d'années-lumière. La spécificité de ce trou noir supermassif est qu'il est masqué par une très épaisse couche de gaz. 

NGC 1068 (par Hubble) et une vue d'artiste du phénomène observé autour du trou noir supermassif central (NASA JPL/Caltech)
Les chercheurs publient leurs observations dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ils y montrent à quel point la matière en rotation autour du trou noir n'a pas une belle forme lisse en forme de tore (ou de doughnut si l'on préfère). Ce type de disque de gaz et de poussière a été proposé au milieu des années 1980 pour expliquer pourquoi certains trous noirs apparaissent masqués et d'autres non. Tout dépendrait de l'orientation sous laquelle on peut voir l'objet depuis la Terre. 
Si le tore de matière est vu par la tranche, le trou noir apparaît masqué derrière une grosse quantité de gaz, et s'il est vu par "le dessus" ou par "le dessous", non loin de son axe de rotation, alors nous avons plus facilement accès au rayonnement le plus intense avec une probabilité de se trouver, en plus, exactement dans l'axe de rotation, dans la direction du jet de matière et de rayonnement associé aux trous noirs actifs.
En août 2014, NuSTAR observa une soudaine bouffée de rayons X en provenance du centre de NGC 1068, des rayons X de plus haute énergie que ceux détectables par XMM-Newton. Les chercheurs ont fini par attribuer cette variation de luminosité X à un amincissement local de l'épais nuage de matière entourant le trou noir supermassif.
Les observations de Marinucci et ses collègues sont les premières du genre sur un tore de matière ultra-dense entourant un tel trou noir supermassif, et ils indiquent que le phénomène vu pourrait être en fait très commun. Poshak Gandhi, de l'Université de Southampton et co-auteur de l'étude précise : "Nous ne comprenons pas encore complètement pourquoi certains trous noirs supermassifs sont si fortement obscurcis ou pourquoi la matière les entourant est déstructurée. Cela reste un sujet d'étude brûlant." Ces connaissances sont importantes pour comprendre au mieux la croissance et l'évolution des trous noirs supermassifs au sein de leur galaxie hôte.

La cause de la variabilité dans la structure du disque de matière peut être multiple selon les chercheurs, le trou noir lui-même pourrait produire des turbulences lorsqu'il absorbe de la matière, ou bien ces turbulences pourraient être induites par des étoiles jeunes situées à proximité, à l'extérieur du disque. Une troisième hypothèse proposée repose sur l'existence de flots de matière provenant de l'extérieur du disque et tombant dessus dans leur migration dans le champ gravitationnel du trou noir. La détermination de la cause du phénomène est la prochaine tâche que ce sont fixée les astrophysiciens, la plus importante question étant de savoir si ces instabilités sont générées par l'extérieur ou par l'intérieur du disque.
L'utilisation conjointe de plusieurs télescopes spatiaux simultanément se révèle dans tous les cas très fructueuse.

Source : 
NuSTAR catches the unveiling nucleus of NGC 1068
A. Marinucci et al.
Monthly Notices Letters of the Royal Astronomical Society (11 February 2016) 456 (1): L94-L98.

4 commentaires :

Youx a dit…

Le trou noir supermassif au centre d'une galaxie a-t-il le même axe de rotation que la galaxie elle-même?

Dr Eric SIMON a dit…

On ne peut connaitre l'axe de rotation d'un trou noir que très difficilement, par la rotation de son disque d'accrétion ou par les jets de matière qui apparaissent le long de cet axe. Tout dépend de l'histoire de la galaxie et de son trou noir. Les jets de trous noirs qui ont pu être observés sont effectivement en dehors du plan galactique, mais je ne pense pas qu'on sache avec précision s'ils sont orthogonaux à ce plan.
En admettant que les galaxies grossissent simultanément avec leur trou noir, voire naissent autour de lui, on peut raisonnablement penser qu'ils sont en corotation au début. Mais les galaxies subissent ensuite des fusions successives, et donc des fusions de leurs trous noirs. Difficile alors de penser une conservation des axes de rotation du trou noir résultant et du disque galactique de la galaxie résultat de la fusion... Il faudra peut-être attendre encore de nombreuses observations pour apporter une réponse définitive à cette question importante!

Youx a dit…

Imagine-t-on qu'un trou noir puisse tomber dans un autre???
De par leur dimensions minuscules, peuvent-ils décrire autre chose que des trajectoires hyperboliques?
Si c'est bien le cas, quelles conditions cataclysmiques doivent se produire entre les deux tores qui tournoient l'un autour des autres avant de fusionner!
Quasar?

Dr Eric SIMON a dit…

Oui bien sûr, les trous noirs fusionnent. Le plus souvent, effectivement la forte activité d'émission du disque d'accrétion qu'on appelle Quasar est liée à la fusion de galaxies et la fusion de leur trou noir respectif, car cela apporte de grandes quantités de matière "fraîche" pour le (ou les) trou(s) noir(s).