🌀 Une étoile dévoile l'entrainement de l'espace-temps près d'un trou noir

Les astronomes ont capturé un ballet inhabituel: une étoile, déchirée par les forces titanesques d'un trou noir supermassif, présente des oscillations rythmiques dans son orbite qui ne correspondent pas aux modèles classiques des événements de perturbation tidale (voir ci-dessous).

Ces mouvements périodiques trouvent leur origine dans un effet subtil de la relativité générale. Lorsqu'un objet massif tourne rapidement, il entraîne l'espace-temps autour de lui, un peu comme une hélice en rotation créerait un tourbillon dans l'eau. Cette interaction, connue sous le nom de précession Lense-Thirring, avait été théorisée mais rarement détectée avec une telle clarté.


Pour investiguer ce phénomène, l'étude s'est concentrée sur un événement spécifique, désigné AT2020afhd, en combinant des données en rayons X et en ondes radio. Les chercheurs ont remarqué des fluctuations régulières dans les émissions, avec un cycle se répétant tous les vingt jours terrestres. Ces modulations synchronisées entre le disque d'accrétion et les jets de plasma ont permis de confirmer l'hypothèse d'un entraînement de l'espace-temps.

Ces résultats offrent une nouvelle méthode pour étudier la rotation des trous noirs et leur comportement lors de l'absorption de matière stellaire. Cosimo Inserra, de l'Université de Cardiff, a indiqué que ces observations constituaient une avancée significative pour tester les prédictions de la relativité générale. Elles enrichissent également notre compréhension des mécanismes à l'œuvre lors de la destruction des étoiles.

Par ailleurs, le phénomène observé peut être comparé à la génération d'un champ gravitomagnétique par un objet massif en rotation. De la même manière qu'une charge électrique en mouvement produit un champ magnétique, un trou noir en rotation influence le mouvement des corps célestes proches.

La détection de ce type d'oscillation dans un événement de perturbation tidale était jusqu'ici rare. Les signaux radio habituellement stables ont ici présenté des fluctuations à court terme, excluant d'autres explications liées à la libération d'énergie. Ces travaux sont publiés dans Science Advances.

Les trous noirs supermassifs et leur influence

Au centre de la plupart des galaxies, dont la nôtre, se trouvent des trous noirs supermassifs. Ces objets concentrent une masse équivalente à des millions, voire des milliards de fois celle du Soleil dans un volume réduit. Leur attraction gravitationnelle est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper une fois passé l'horizon des événements.

La présence d'un tel géant affecte profondément son environnement galactique. Il peut déformer les orbites des étoiles proches, accélérer la matière jusqu'à des vitesses extrêmes et émettre d'intenses rayonnements. Ces processus jouent un rôle important dans l'évolution des galaxies, influençant la formation stellaire et la distribution de la matière.

La rotation d'un trou noir supermassif ajoute une dimension supplémentaire à son impact. Comme un objet massif en mouvement, il peut entraîner l'espace-temps autour de lui, modifiant la trajectoire de la matière en orbite. Cet effet, bien que faible, devient mesurable dans des conditions spécifiques, comme lors d'interactions violentes avec une étoile.

Comprendre ces mécanismes aide à expliquer des phénomènes observables, tels que les jets de plasma émis à des vitesses proches de celle de la lumière. Ces structures, souvent symétriques, proviennent des régions polaires du trou noir et s'étendent sur des distances intergalactiques, transportant de l'énergie à travers le cosmos.

Les événements de perturbation tidale

Lorsqu'une étoile s'approche trop près d'un trou noir supermassif, elle subit des forces de marée extrêmes. Ces forces étirent l'étoile dans le sens de l'attraction tout en la comprimant latéralement, un processus souvent appelé 'spaghettification'. L'étoile est ainsi déformée et partiellement disloquée.

Les débris stellaires forment alors un disque d'accrétion autour du trou noir. Dans cette structure, la matière tourbillonne à grande vitesse, se réchauffant par friction et émettant un rayonnement intense sur diverses longueurs d'onde. Cette phase lumineuse permet aux astronomes de détecter et d'étudier ces événements depuis la Terre.

Une partie de la matière du disque est progressivement attirée vers le trou noir, franchissant l'horizon des événements. Une autre fraction peut être éjectée sous forme de jets collimatés, propulsés par des champs magnétiques puissants. Ces émissions offrent des indices sur les conditions physiques régnant près du trou noir.

L'étude de ces événements fournit des informations sur la densité, la composition et la dynamique des étoiles concernées. Elle permet aussi de tester des prédictions de la relativité générale dans des champs gravitationnels intenses, là où les effets classiques des lois de Newton ne suffisent plus à décrire les observations.