La danse des engrenages : pourquoi certains trous noirs soufflent des vents et d'autres projettent des jets ✛

Original: "Winds Versus Jets in Active Galactic Nuclei"
arXiv:2607.22418v1 · 2026-07-24 · CC BY 4.0 · 2 min
Les astronomes ont découvert que le sort du gaz qui tombe – devenir un vent ultra-rapide ou un jet relativiste – ne dépend pas seulement de la masse et du spin du trou noir, mais aussi du sens de rotation du disque d'accrétion par rapport à lui.

Le vent le plus rapide de l'Univers file à 0,58 fois la vitesse de la lumière. Il parcourt la distance Terre-Lune en deux secondes. Ce vent n'est pas un jet, mais un large flux de gaz jaillissant du centre de la galaxie. Tous les trous noirs ne fonctionnent pas de la même manière : certains produisent de tels ouragans, d'autres des faisceaux de plasma étroits. La réponse évoque l'engrènement de deux engrenages.

Les astronomes ont collecté des données sur 62 noyaux actifs : des quasars radio-bruyants, des quasars radio-silencieux et des galaxies de Seyfert. Grâce à la spectroscopie à haute résolution, ils ont mesuré les vitesses d'éjection du gaz et les masses des trous noirs. Le résultat a surpris. Contrairement aux attentes, aucun lien entre masse et vitesse n'a été trouvé. En revanche, une autre régularité est apparue : les vents les plus rapides – jusqu'à 0,58 c – soufflent exclusivement dans les systèmes radio-silencieux, dépourvus de jets. Dans les systèmes radio-bruyants, les vents sont plus modérés, et parfois les deux coexistent.

Le recordman est le quasar SDSS J1029+2623, qui éjecte du gaz à 174 000 km/s, soit 58 % de la vitesse de la lumière.

Tout est une question de sens de rotation. Deux engrenages. L'un est le trou noir lui-même, tournant comme une toupie, décrit par Roy Kerr. L'autre est le disque d'accrétion de gaz. S'ils tournent dans le même sens, le disque s'approche très près de l'horizon – à seulement 1,24 rayon gravitationnel. L'énergie gravitationnelle est libérée avec un rendement allant jusqu'à 30 % (près d'un tiers de la masse !) et accélère un puissant vent radiatif. Dans ces conditions, le jet est supprimé. Si le disque tourne en sens inverse, l'engrènement ne se produit pas. Le disque s'arrête loin – à environ 9 rayons gravitationnels. Le rendement chute à 5–6 %, les vents s'affaiblissent, et il reste assez de flux magnétique pour lancer un faisceau étroit.

Ce modèle explique aussi les bizarreries des galaxies elliptiques – produits de fusions. On y trouve parfois des quasars avec vents et jets simultanés. Il s'agit probablement de galaxies ayant connu un bref épisode de rotation inverse. Le champ magnétique a eu le temps de se tordre en jet, puis le disque a changé de sens, et le vent est devenu dominant.

Ce vent ultra-rapide qui irait jusqu'à la Lune en deux secondes est né d'un parfait alignement des directions. Le trou noir et son disque tournent comme deux engrenages emboîtés – et crachent le gaz comme si un ventilateur géant avait été arraché de son axe.

Le vent connu le plus rapide — celui du quasar SDSS J1029+2623 — file à 0,58c, parcourant la distance Terre-Lune en deux secondes.

r_{\text{ISCO}} = r_g \left[3 + Z_2 \mp \sqrt{(3-Z_1)(3+Z_1+2Z_2)}\right], \quad Z_1 = 1 + (1-a^2)^{1/3}[(1+a)^{1/3}+(1-a)^{1/3}], \quad Z_2 = \sqrt{3a^2+Z_1^2}
Détermine l’orbite la plus proche du trou noir où le disque peut tourner de manière stable. On prend le signe moins lorsque le disque tourne dans le même sens que le trou noir ; le signe plus lorsqu’il tourne en sens inverse.
Scientifiques
Stephen HawkingJacob BekensteinJohn Archibald WheelerRoger PenroseMargaret BurbidgeMaarten Schmidt
Notions
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