Les télescopes révèlent la rotation rapide du trou noir de la Voie lactée, qui déforme l'espace-temps

L'illustration de cet artiste montre une coupe transversale d'un trou noir supermassif et de la matière environnante au centre de notre galaxie. La sphère noire au centre représente l’horizon des événements du trou noir, le point de non-retour d’où rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. Lorsque l’on regarde un trou noir en rotation de côté, comme le montre cette illustration, l’espace-temps qui l’entoure a la forme d’un ballon de football américain. Le matériau jaune-orange de chaque côté représente le gaz tourbillonnant autour du trou noir. Cette matière se précipite inévitablement dans le trou noir et traverse l’horizon des événements une fois qu’elle prend la forme sphérique. Ainsi, la région située à l’intérieur de la forme du ballon mais à l’extérieur de l’horizon des événements est représentée comme une cavité. Les points bleus montrent des jets s’éloignant des pôles du trou noir en rotation. Crédit image : NASA/CXC/M.Weiss

• Une nouvelle étude pourrait aider à résoudre la question de savoir à quelle vitesse Voie Lactéeénorme Le trou noir Tourne.
• Le trou noir, connu sous le nom de Sagittaire A* (Sgr A*), a une masse environ 4 millions de fois celle du Soleil.
• Utiliser NASACette étude du Chandra X-ray Observatory de la NSF et du Very Large Array de la NSF a révélé que le Sagittaire Sgr A* tourne très rapidement.
• Cette rotation élevée déforme l'espace-temps autour du Sagittaire A*, il semble donc avoir la forme d'un ballon de football américain.

Cette illustration d'artiste représente les résultats d'une nouvelle étude du trou noir supermassif au centre de notre galaxie appelé Sagittarius A* (en abrégé Sgr A*). Cette découverte a révélé que le Sagittaire A* tourne si vite qu’il déforme l’espace-temps – c’est-à-dire le temps et les trois dimensions de l’espace – afin qu’il ressemble davantage à un ballon de football.

Ces résultats ont été obtenus à l’aide du Chandra X-ray Observatory de la NASA et du Karl J. Jansky Very Large Array (VLA) de la NSF. Une équipe de chercheurs a appliqué une nouvelle méthode utilisée Rayon X Et des données radio pour déterminer la vitesse de rotation de Sgr A* en fonction de la manière dont la matière s'écoule vers et depuis le trou noir. Ils ont découvert que le Sagittaire A* tourne avec une vitesse angulaire d'environ 60 % de la valeur maximale possible et avec un moment cinétique d'environ 90 % de la valeur maximale possible.

Les trous noirs ont deux propriétés fondamentales : leur masse (son poids) et leur rotation (la vitesse à laquelle ils tournent). La détermination de l'une ou l'autre de ces valeurs en dit long aux scientifiques sur tout trou noir et sur son comportement. Dans le passé, les astronomes ont fait plusieurs autres estimations de la vitesse de rotation du Sagittaire A* en utilisant différentes techniques, avec des résultats allant de Sagittaire A* ne tournant pas du tout à une rotation presque maximale.

La nouvelle étude suggère que le Sagittaire A* tourne en fait très rapidement, écrasant l’espace-temps qui l’entoure. L'illustration montre une coupe transversale de l'Arc A* et du matériau en orbite autour de lui dans le disque. La sphère noire au centre représente ce qu'on appelle l'horizon des événements du trou noir, le point de non-retour d'où rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper.

Lorsque l’on regarde un trou noir en rotation de côté, comme le montre cette illustration, l’espace-temps qui l’entoure a la forme d’un ballon de football. Plus la vitesse de rotation est élevée, plus le ballon de football devient plat.

Le matériau jaune-orange de chaque côté représente le gaz tourbillonnant autour du Sagittaire A*. Cette matière se précipite inévitablement dans le trou noir et traverse l’horizon des événements une fois qu’elle prend la forme sphérique. Ainsi, la région située à l’intérieur de la forme du ballon mais à l’extérieur de l’horizon des événements est représentée comme une cavité. Les points bleus montrent des jets s’éloignant des pôles du trou noir en rotation. Si nous regardons le trou noir d’en haut, le long de la buse du jet, nous constatons que l’espace-temps est circulaire.

Image radiographique Chandra du Sagittaire A* et de ses environs. Crédit : NASA/CXC/Université. Tiré du Wisconsin / Y.Bai, et al.

La rotation d’un trou noir peut constituer une source d’énergie importante. Les trous noirs supermassifs produisent des jets parallèles lorsque leur énergie de spin est extraite, ce qui nécessite au moins un peu de matière à proximité du trou noir. En raison du carburant limité autour de Sagittarius A*, ce trou noir a été relativement silencieux au cours des derniers milliers d'années, avec des jets relativement faibles. Cependant, ces travaux montrent que cela peut changer si la quantité de matière proche de Sgr A* augmente.

Pour déterminer la rotation* du trou noir, les auteurs ont utilisé une technique expérimentale appelée « méthode d'écoulement » qui détaille la relation entre la rotation et la masse du trou noir, les propriétés de la matière à proximité du trou noir et les propriétés de la sortie. Le flux parallèle vers l’extérieur produit des ondes radio, tandis que le disque de gaz entourant le trou noir est responsable de l’émission de rayons X. En utilisant cette méthode, les chercheurs ont combiné les données de Chandra et du VLA avec des estimations indépendantes de la masse du trou noir provenant d'autres télescopes pour contraindre la rotation du trou noir.

L'article décrivant ces résultats, dirigé par Ruth Daly (Pennsylvania State University), a été publié dans le numéro de janvier 2024 de la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Référence : « Nouvelles valeurs de spin du trou noir pour Sagittarius A* obtenues à l'aide de la méthode de sortie » par Ruth A Daly, Megan Donahue, Christopher P O'Dea, Biny Sebastian, Daryl Haggard et Anan Lu, 21 octobre 2023, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
est ce que je: 10.1093/manras/stad3228

Les autres auteurs sont Penny Sebastian (Université du Manitoba, Canada), Megan Donahue (Michigan State University), Christopher O'Dea (Université du Manitoba), Darrell Haggard (Université McGill) et Anan Lu (Université McGill).

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, dans le Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, dans le Massachusetts.