Un trou noir dans un cocon de gaz express
L'eau se précipite dans un gouffre, mais une partie remonte en bouillonnant et en écumant au bord. C'est à peu près ce que fait le gaz qui s'écoule vers un trou noir supermassif lorsque son flux devient trop dense. Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont suivi ce phénomène à l'aide d'une simulation informatique. Ils ont pris en compte les effets de la relativité générale, c'est-à-dire la façon dont le trou noir courbe l'espace et le temps autour de lui.
Les calculs portaient sur des trous noirs de masse allant de cent mille à dix millions de masses solaires. Le gaz tombait dessus à un rythme proche de la limite d'Eddington, le seuil au-delà duquel la pression de rayonnement devrait repousser la matière. Le sort de ce gaz dépend de la masse du trou noir central. S'il n'est pas trop massif — jusqu'à un million de masses solaires —, le rayonnement piégé dans la région interne accélère une partie du gaz et l'éjecte par les pôles en jets étroits. Il en résulte une structure en couches : des flux de matière vont à la fois vers l'intérieur et vers l'extérieur.
Pour les trous noirs plus massifs — au-delà de trois millions de masses solaires —, le tableau est différent. Le rayonnement ne peut plus percer l'épaisseur du gaz qui tombe, et aucune éjection ne se produit. À la place, une vaste coquille se forme progressivement autour du trou noir. Elle ressemble à une casserole bouillante avec un couvercle hermétique : le gaz y est constamment brassé, mais il n'atteint presque jamais l'horizon des événements. Dans les deux cas, seulement environ dix pour cent de ce qui pourrait tomber en chute libre atteint réellement le trou noir. Le reste est soit emporté au loin, soit piégé dans la coquille.
Ce résultat est important pour comprendre comment les trous noirs supermassifs croissent au centre des galaxies. Si une coquille massive s'accumule autour du trou noir, elle peut le cacher longtemps à nos télescopes. Puis, lorsque le chauffage dépasse un seuil critique, elle peut s'embraser et éjecter la matière accumulée. Ce sont précisément de tels processus qui pourraient expliquer la mystérieuse synchronisation de la croissance des trous noirs et de leurs galaxies hôtes.
La coquille autour d'un trou noir peut peser plusieurs fois la masse du trou noir lui-même avant de commencer à se dissiper — un peu comme une boule de neige qui grossit plus vite qu'elle ne fond.
Dans le roman « Lumière d'étoiles lointaines » de Greg Bear, des nuages intelligents autour des trous noirs utilisent leur rayonnement pour soutenir la vie — une idée qui fait écho au cocon convectif de cette étude.