Avis de tempête sur les trous noirs
Publié par Adrien le 29/01/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSU
L'accrétion de matière sur un trou noir libère une quantité phénoménale d'énergie, à condition que la matière soit effectivement transportée vers le trou noir au lieu de tourner en rond par conservation de son moment cinétique. L'étude des processus de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal...) dans les disques d'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) constitue donc un ingrédient essentiel pour comprendre comment les trous noirs libèrent et injectent de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) dans leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...).


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) des vents d'accrétion. ©: Gabriel Pérez, SMM Instituto de Astrofísica de Canarias

L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) des étoiles binaires X permet de contraindre ces processus. Dans une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) binaire X, un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en...) de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.), résultat de l'effondrement d'une étoile massive (Le mot massif peut être employé comme :) en fin de vie (La vie est le nom donné :), accrète la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) qui lui est cédée par son compagnon, une étoile normale suffisamment proche du trou noir pour ressentir son attraction gravitationnelle. Les observations en rayons X montrent que le disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet —...) d'accrétion autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter,...) du trou noir est le siège d'éruptions intenses suivies de phases dormantes. Les éruptions durent de quelques semaines à quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) pendant lesquels certaines binaires X deviennent les objets les plus brillants du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) X. Elles sont par contre quasi imperceptible lors de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) dormante, pouvant durer plusieurs dizaines d'années. Le rayonnement X trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers...) le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun....) de matière accrété par le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré du roman Vingt mille lieues sous...). L'analyse des variations du rayonnement X apporte donc un éclairage sur les mécanismes de transport de matière dans ces disques.

Trois chercheurs canadiens de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) d'Alberta (Edmonton, Canada) ont réuni dans une base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans un...) les mesures provenant de multiples observatoires en rayons X pour reconstruire aussi complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) que possible les variations du rayonnement X lors des éruptions. Ils ont ensuite voulu tester le modèle des éruptions développé, entre autres, par deux chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), qui permet de relier la chute de la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) X durant l'éruption à un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) fondamental de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) de l'accrétion, le fameux paramètre alpha. Ce paramètre mesure l'efficacité du transport dans le disque. Les valeurs mesurées dans d'autres systèmes comportant des disques d'accrétion indiquent une valeur de alpha allant de 0.1 à 0.2, ce qui concorde (Le Concorde est un avion de transport supersonique construit par l’association de Sud-Aviation (devenue par la suite l’Aérospatiale après sa fusion avec Nord-Aviation et la SEREB) et...) avec les études théoriques qui expliquent ce transport par la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et...) générée par un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une...) faible cisaillé par le mouvement de la matière dans le disque. Une approche statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de...) avancée, la modélisation bayesienne hiérarchique combinée à une méthode Monte Carlo par chaine de Markov pour explorer l'espace des paramètres, a permis d'ajuster le modèle théorique aux courbes de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) d'une douzaine de binaires X et de mesurer, pour la première fois et de manière fiable, la valeur de alpha dans ces systèmes. Le paramètre alpha mesuré varie entre 0.2 et 1, bien au-delà de ce qui avait été mesuré jusqu'à présent.


Représentation de vents puissants régulant l'accrétion de matière sur les trous noirs de masse stellaire©: NASA/Swift/Sonoma State University, A. Simonnet

Une accrétion aussi rapide ne peut être expliquée que par la perte d'une fraction substantielle de la matière du système, ou si le transport turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept sous-marins nucléaires d'attaque de la Royal Navy.) est amplifié par la présence d'un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et...), ce qui génère également un vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous...) emportant une partie de la matière hors du système. La signature de tels vents est présente dans les spectres X obtenus à certain stades de l'éruption. Les résultats présentés ici établissent, par une méthode indépendante, que ces vents sont continuellement présents lors de l'éruption et que le mécanisme de perte de masse joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle aussi fondamental que la turbulence plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne s'effondrent en...) dans la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des disques d'accrétion. L'énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie...) des vents pourrait ainsi ré-injecter dans l'environnement une part significative de l'énergie libérée autour du trou noir.
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