Surprise après la mesure de la vitesse de rotation d’un trou noir

Surprise après la mesure de la vitesse de rotation d'un trou noir. Grâce à une méthode novatrice, des chercheurs ont fait une découverte.

Le trou noir est une singularité cosmique qui intrigue énormément les spécialistes. Grâce aux restes d’une étoile happée par l’un de ces tours noirs, des chercheurs ont pu évaluer la vitesse de rotation de ce prédateur hors norme. Les trois noirs supermassifs comme celui dont il est question ici naissent suite à plusieurs fusions successives de trous noirs plus petits, chacun venant accélérer la rotation du trou noir existant. Ainsi, mesurer la rotation nous renseigne sur leur histoire. Récemment, une nouvelle méthode a vu le jour.

Surprise après la mesure de la vitesse de rotation d’un trou noir

L’étoile qui a été analysée ici a été déchirée par un trou noir supermassif pendant ce que l’on appelle un événement de rupture par effet de marée (TDE). Cela se produit lorsqu’une étoile arrive trop près de l’influence gravitationnelle d’un trou noir. L’étoile se retrouve alors écrasée horizontalement et étirée verticalement, venant, à terme, la transformer en une bande de matière stellaire. Une partie de cette matière se retrouve éjectée, l’autre forme un disque d’accrétion autour du trou noir. Ce disque va alors chauffer sous l’effet des forces de friction existantes, ce qui va émettre une intense lumière, laquelle va nourrir le trou noir.

Et quand les trous noirs supermassifs tournent, c’est tout l’espace-temps environnant qui tourne. Cet effet, baptisé “frame-dragging” ou effet Lense-Thirring par les experts, occasionne une oscillation temporaire dans ce récent disque d’accrétion. Et il s’avère que cette oscillation peut servir à mesurer la fameuse vitesse de rotation du trou noir principal.

Grâce à une méthode novatrice, des chercheurs ont fait une découverte

Pour mieux comprendre les TDE et ce fameux effet de frame-dragging, les chercheurs ont dû trouver des exemples brillants et proches d’étoiles déchirées par des trous noirs. Un travail long et fastidieux qui, après cinq longues années, a porté ses fruits en février 2020, avec le flash lumineux AT2020ocn. Ce dernier est localisé dans une galaxie située à un milliard d’années-lumière. Repéré par le Zwicky Transient Facility en lumière optique, le trou noir supermassif impliqué aurait une masse comprise entre 1 et 10 millions de notre Soleil.

C’est le télescope NICER de la NASA, en place sur la Station Spatiale Internationale, qui a détecté l’émission de rayons X provenant du disque d’accrétion oscillant. L’instrument l’a suivi plusieurs mois durant, ce qui a permis de découvrir que la luminosité et la température de ces rayons modulaient sur une période de 15 jours. Enfin, après trois mois, ces oscillations ont disparu. Sous l’effet de la gravité, le disque était aligné avec le trou noir.

Mais toute cette étude a aussi révélé une surprise intéressante. Le trou noir ne tournait pas aussi vite que les spécialistes le pensaient. Seulement moins de 25 % de la vitesse de la lumière. Comme souvent en astronomie, il faudra de nombreuses autres études de TDE pour bien comprendre ces mécaniques célestes et plus précisément l’évolution des trous noirs supermassifs.