Lors de l'éruption de 2021, le trou noir du système GX 339-4 s'est comporté comme une actrice qui change de costume entre les scènes. Dans l'état dur, il arborait deux couronnes à la fois : une chaude et ténue, et par-dessus, une tiède et dense. Dans l'état mou, seule la couronne chaude subsistait.
Les astronomes ont observé le trou noir simultanément avec trois télescopes à rayons X : NuSTAR, NICER et Insight-HXMT. Ils ont mesuré la luminosité du disque autour du trou noir. Il s'est avéré que si l'on ne considère qu'une seule couronne chaude, le disque dans l'état dur semble dix fois plus petit que dans l'état mou. Cela contredit l'idée établie selon laquelle le disque devrait être plus grand dans l'état dur.
Mais lorsqu'on ajoute une seconde couronne, tiède, les dimensions du disque se remettent en place. Dans l'état dur, le disque s'avère plus grand que dans l'état mou, comme le prédit la théorie. La couronne tiède agit comme un voile semi-transparent qui masque une partie de la lumière du disque.
Ainsi, dans l'état dur, le trou noir possède une double couronne : chaude à l'extérieur et tiède à l'intérieur. Dans l'état mou, la couronne tiède disparaît, ne laissant que la chaude. C'est comme un changement de garde-robe : pour sortir, on enfile à la fois le manteau et la veste, alors qu'à la maison on ne garde que la veste.
Cette double couronne explique pourquoi les astronomes se trompaient auparavant sur la taille du disque. Sans la couronne tiède, le disque semblait plus petit qu'il ne l'était en réalité. Avec elle, tout se remet en place. Par conséquent, lors de l'étude des états durs des trous noirs, il est indispensable de prendre en compte la couronne tiède.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.08917
We present a broadband spectral analysis of the black hole X-ray binary GX 339-4 during its 2021 outburst, covering both hard and soft spectral states. Using simultaneous observations from NuSTAR, NICER, and Insight-HXMT, we investigate the evolution of the accretion disk with a focus on the disk normalization derived from the diskbb component, which serves as a proxy for the apparent inner disk radius. In the standard single Comptonization model, the disk normalization in the hard state is more than an order of magnitude lower than in the soft state ($$\sim$$0.3$$\times$$10$$^3$$ vs. $$\sim$$3.0$$\times$$10$$^3$$). This result contradicts the widely accepted view that the disk radius is smaller in the soft state than in the hard state. By incorporating an additional warm Comptonization component, the disk normalization in the hard state increases to values ($$\gtrsim 10^4$$) exceeding those in the soft state ($$\sim 10^3$$), yielding results consistent with a physically truncated, cooler accretion disk. The results of this work support the presence of a dual-corona geometry in the hard state, comprising both a hot, optically thin corona and a warm, optically thick corona, while the soft state spectrum is well described by a single hot Comptonization component alone. Our findings emphasize the importance of including a warm corona in hard-state spectra, as it leads to a more physically consistent picture of the accretion geometry across spectral states.
La température de la couronne chaude autour d'un trou noir peut atteindre un milliard de degrés, soit des centaines de fois plus chaud que le centre du Soleil.
Dans le film « Interstellar », le trou noir Gargantua est représenté avec un disque d'accrétion lumineux, mais sans aucune allusion à la double couronne que les astronomes ont observée autour de GX 339-4.