Une règle pour le disque invisible ✛

Pour mesurer le disque invisible, on n'applique pas la règle directement dessus, mais à travers tout l'Univers. La lumière d'un quasar lointain, du gaz incandescent qui tourbillonne autour d'un trou noir supermassif, traverse en chemin une galaxie qui joue le rôle de lentille. La gravité des étoiles de cette galaxie dévie les rayons comme un verre irrégulier, et sur les images, le quasar apparaît dédoublé, tandis que sa luminosité tremble légèrement. C'est à partir de ce tremblement que les astronomes reconstituent la taille de la source, impossible à distinguer autrement, même avec le télescope le plus puissant : le disque du quasar occupe dans le ciel un angle inférieur à un millionième de seconde d'arc.

Cette technique, le microlentillage gravitationnel, n'est pas nouvelle. Mais auparavant, on ne mesurait que les régions les plus internes et les plus chaudes du disque, jusqu'à cinq jours-lumière du trou noir. Au-delà, le signal se perdait dans le bruit. Une équipe d'astronomes dirigée par Motty et Mediavilla a utilisé les données du télescope spatial Hubble pour sept quasars lentillés, soit 21 paires d'images, et a atteint pour la première fois 14 jours-lumière. La clé a été les raies d'émission étroites dans les spectres, comme la raie de l'oxygène à 5007 angströms. Ces raies naissent loin du disque, dans des nuages de gaz lents, et le microlentillage ne les affecte presque pas. En comparant l'amplification de la luminosité du continuum du disque et celle de ces raies stables, on peut calculer la taille du disque lui-même.

Le résultat est déroutant. Le disque est trois fois plus grand que ce que prédit le modèle standard de disque mince, celui où le gaz tourbillonne comme l'eau dans un entonnoir et cède progressivement de la chaleur par frottement. De plus, la relation entre la taille et la longueur d'onde ne suit pas le schéma attendu : au lieu d'une croissance rapide, comme le voudrait un simple échauffement, le disque s'élargit plus lentement. La valeur théorique de l'exposant, 4/3, est rejetée avec une confiance de 98 %, et la valeur mesurée est de 0.68. Cela signifie que la température diminue avec la distance moins vite que prévu.

Si la règle indique une taille inattendue, il faut revoir le plan. Le modèle de disque mince, qui a bien servi pendant un demi-siècle, ne décrit pas les parties externes. Peut-être que le disque est plus épais que nous le pensions, ou que des champs magnétiques y jouent un rôle, ce que le modèle standard ignore. Pour les astronomes, ce n'est pas qu'une simple correction de formule : la taille du disque sert à peser les trous noirs, et donc nos estimations des masses des objets les plus lourds de l'Univers pourraient changer. Le télescope James Webb, avec sa vision infrarouge, permettra de mesurer des régions encore plus éloignées des disques et, peut-être, de comprendre enfin comment la matière tombe dans l'abîme.