Tempête de rayons X autour d'un trou noir express
Le télescope à rayons X XRISM a observé le noyau de la galaxie Cygnus A pendant 170 000 secondes — l'une des sources radio les plus puissantes du ciel. En son centre se cache un trou noir supermassif qui aspire la matière et la chauffe jusqu'à ce qu'elle émette des rayons X. L'instrument a capté la lumière d'atomes de fer ayant perdu des électrons. Cette raie à l'énergie de 6,4 keV sert de balise : son élargissement révèle la vitesse de rotation du gaz.
Au lieu d'une seule balise, le télescope en a vu deux. La première, large, est étalée par un mouvement de 3 400 km/s — comme une voiture qui passe à toute allure sur un échangeur, le son de son moteur changeant de tonalité. Ce gaz tourbillonne à seulement 0,1–0,17 parsec du trou noir (800–1 400 rayons gravitationnels, là où la gravité impose déjà ses lois). La seconde balise, étroite, tremble à une vitesse de 440 km/s — comme une voiture sur la voie lointaine de l'échangeur, à 6–10 parsecs. Là se trouve probablement le tore de poussière — un épais anneau de gaz et de poussière ceinturant le trou noir.
Les scientifiques ont remarqué une anomalie : le bord d'absorption du fer est décalé vers le rouge par rapport aux raies d'émission. Cela signifie que la matière sur la ligne de visée se dirige vers nous à 470 km/s. Il pourrait s'agir d'un vent contraire de gaz en chute libre, ou d'une différence de mouvement entre les parties proche et lointaine du tore en rotation. Un troisième signal, à peine perceptible, provenant d'ions de fer sans mouvement notable (vitesse inférieure à 80 km/s) émane soit du bord externe du tore, soit de la région des raies étroites — un autre nuage de gaz plus éloigné du centre.
Ainsi, le spectrographe à rayons X, avec une netteté sans précédent, a dressé une carte des environs du trou noir, où la matière s'enroule en spirale avant son ultime plongeon dans l'inconnu.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.16766
We detail the spectral analysis of a 170 ks XRISM Resolve observation of the core of Cygnus A. The high spectral resolution of Resolve have enabled us to probe the inner accretion region of Cygnus A by analyzing the 6.4 keV Fe K$$\alpha$$ line complex. We find that it consists of two Keplerian broadened components. (1) A broad component with a velocity dispersion of $$3400^{+800}_{-600}$$ km s$$^{-1}$$ and (2) a narrow component of $$440^{+60}_{-50}$$ km s$$^{-1}$$. For an inclination of $$50^{\circ}-85^{\circ}$$, constrained by VLBI, we find that the broad component arises from a distance of $$\sim 0.1-0.17$$ pc ($$800-1400$$ gravitational radii) and the narrow component from $$\sim 6-10$$ pc ($$50,000-80,000$$ gravitational radii) from the central black hole depending on the inclination angle. Our result suggests that the origin of the broad component is consistent with the broad line region and the narrow component from the torus of Cygnus A. We also find a potential emission line possibly from intermediate ionized Fe XVII with a very low dispersion ($$<80$$ km s$$^{-1}$$) that originates from either the outer edge of the torus or the narrow line region. Finally, we find that the Fe K edge is redshifted compared to the Fe K$$\alpha$$ line components, suggesting a line of sight bulk velocity of $$470 \pm 100$$ km s$$^{-1}$$. Such a shift may be due to an inflowing wind or relative motion between the two components originating from the near and far side of an inflowing torus, respectively.
Si notre planète se déplaçait à 3 400 km/s, elle ferait le tour de la Terre en 12 secondes.
Dans le roman « Tau Zéro » de Poul Anderson, le vaisseau spatial accélère si fort que l'Univers extérieur bleuit et rougit par effet Doppler — un effet similaire aide les astronomes à mesurer les vitesses du gaz autour des trous noirs.