Science

De nouvelles preuves de trous noirs dans les rayons X

Ce n’est pas encore le Graal de l’astrophysique, prouvant définitivement l’existence de trous noirs, mais ça s’en rapproche. Il faut dire que ces étoiles au champ gravitationnel si intense qu’aucune matière ou rayonnement ne peut en échapper sont par définition invisibles. Prédits par la théorie générale de la relativité d’Einstein, ils ont d’abord représenté un concept pur, avant que les scientifiques ne parviennent à s’appuyer sur des processus astrophysiques très réels pour expliquer leur formation et prédire leurs manifestations observables. En particulier, lorsque la matière irrésistiblement attirée vers un trou noir s’approche de la frontière impalpable d’où rien ne peut s’échapper – appelée horizon des événements – elle est chauffée à très haute température et émet de grandes quantités de rayons X, avant d’être engloutie. Cependant, ce rayonnement est clairement visible. Ainsi, lorsqu’un trou noir de masse stellaire dévore une étoile proche, les astronomes peuvent le deviner. Enfin presque…

Le hic, c’est que les trous noirs ne sont pas les seuls à briller dans les rayons X en accumulant du matériel arraché à une étoile. Juste en dessous des trous noirs, poids lourds parmi les étoiles, étoiles à neutrons, catégorie moyenne-lourde, aussi faire. Et, pour compliquer encore plus les choses, les scientifiques ne sont pas sûrs de la masse d’une étoile qui est un trou noir et, inversement, en dessous de laquelle nous sommes confrontés à une étoile à neutrons. Cependant, la découverte récente d’une équipe internationale, réunissant des chercheurs de l’Institut Tata pour la recherche fondamentale (Inde), de l’Institut Max-Planck pour l’astrophysique (Allemagne) et de l’Institut de recherche spatiale de l’Académie des sciences de Russie pourrait très rapidement changer le situation.

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Étoile à surface dure

En effet, à partir des données collectées par le télescope spatial Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA, stationnaire depuis janvier 2012, ils ont identifié une signature permettant de distinguer les émissions de rayons X liées à la présence d’un trou noir de ceux qui arrivent. d’une étoile à neutrons. De toute évidence, les émissions de rayons X observées sont différentes selon le scénario. Pour comprendre comment, sans entrer dans des détails trop obscurs, il faut garder à l’esprit que les étoiles à neutrons ont une surface dure où les trous noirs ont un horizon d’événement à travers lequel on peut entrer mais pas sortir. Ce que les astrophysiciens ont identifié, c’est l’effet de la présence ou de l’absence d’une surface dure sur l’émission de rayons X observée.

Ce graphe permet de visualiser qu’en croisant deux paramètres caractérisant les émissions de rayons X observées, il est clairement possible de distinguer celui lié à l’accrétion de matière par un trou noir (rouge) ou par une étoile à neutrons (bleu). © Srimanta Banerjee, Sudip Bhattacharyya, Marat Gilfanov

Selon leurs résultats, très prochainement publié dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, cette signature distinctive, très claire, devrait maintenant permettre de distinguer facilement s’il s’agit d’un trou noir de masse stellaire ou d’une étoile à neutrons. De quoi aussi mieux comprendre le niveau de masse critique à partir duquel on se retrouve face à l’une ou l’autre de ces étoiles. Enfin, et peut-être le plus important, la nature même de cette signature suggère très fortement l’existence du fameux horizon des événements du trou noir. Prouver l’existence de l’horizon des événements, c’est prouver définitivement que les trous noirs existent. Le Graal n’est donc pas si loin …

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Rolande Desroches

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