Comment un trou noir peut-il engloutir d'énormes quantités de matière tout en lançant un jet presque aussi rapide que la lumière ?
Un trou noir attire le gaz et la poussière qui passent trop près de lui. Avant de tomber, cette matière tourne souvent autour de lui en formant un disque. En même temps, certains trous noirs projettent dans l'espace deux jets très puissants, dirigés dans des directions opposées. Ce qui intrigue les astronomes, c'est que les plus gros mangeurs ne devraient pas forcément produire les jets les plus forts.
Vue d'artiste d'un trou noir entouré d'un disque d'accrétion et projetant un jet de plasma. Ce schéma illustre les mécanismes étudiés pour la galaxie 3C 120, sans représenter cet objet en particulier.
Illustration : NASA/JPL-Caltech, domaine public.
Pour comprendre ce paradoxe, une équipe internationale a observé le trou noir situé au centre de la galaxie 3C 120. Cet objet avale rapidement de la matière et émet un jet spectaculaire. Les chercheurs ont combiné les mesures d'un télescope spatial à rayons X, XRISM, avec celles de plusieurs réseaux de radiotélescopes répartis sur Terre.
Les rayons X leur ont permis d'examiner le gaz qui tourne autour du trou noir. Ce gaz contient notamment du fer, dont la lumière porte une signature reconnaissable. La gravité et les mouvements très rapides déforment cette signature. En étudiant sa forme, les chercheurs peuvent estimer jusqu'où s'étend le disque de matière.
Le résultat montre que ce disque, relativement froid et aplati, ne va pas jusqu'aux abords immédiats du trou noir. Il semble s'arrêter avant, laissant place à une région où le gaz est beaucoup plus chaud et moins aplati. Ce gaz, un plasma, peut atteindre plusieurs centaines de millions de degrés.
Les radiotélescopes permettent de raconter l'autre moitié de l'histoire. Ils ont permis de suivre la forme du jet à son point de départ, tout près de cette région brûlante. Les deux séries de mesures indiquent donc que le jet pourrait naître au sein de ce gaz très chaud, plutôt que dans le disque plus froid qui l'entoure.
Les chercheurs pensent que le gaz chaud peut maintenir de puissants champs magnétiques près du trou noir. Ces champs guideraient une partie de la matière vers l'extérieur et pourraient puiser dans l'énergie de rotation du trou noir pour alimenter le jet. Rien ne sort de l'intérieur du trou noir : le jet se forme dans son voisinage.
Les chercheurs souhaitent maintenant examiner d'autres galaxies afin de voir si ce mécanisme est reproduit ailleurs.