taux d'accrétion

Un petit monstre se cache dans une galaxie naine, et c'est son voisin qui le nourrit. La galaxie satellite fusionne lentement avec une voisine massive, et le gaz des régions externes tombe vers le centre, où se trouve un trou noir.

Le sculpteur façonne des montagnes avec des champs magnétiques et de la chaleur, mais la pierre résiste. Une étoile à neutrons — résidu superdense d'une explosion de supernova — dans un système binaire aspire de la matière de l'étoile voisine.

La lumière d'un phare lointain ne s'éteint pas d'un coup : elle flamboie d'abord, puis s'enfonce lentement dans l'obscurité. C'est ce que fait le pulsar à rayons X 4U 0115+63 — une étoile à neutrons qui s'embrase de temps à autre lorsque du gaz provenant d'une étoile ordinaire voisine tombe sur elle.

Un tourbillon avale l'eau, mais en projette la majeure partie autour de lui. C'est à peu près ce que fait un trou noir lorsqu'il reçoit trop de matière.

L'explosion d'une supernova éjecte les couches externes de l'étoile mourante. Il ne reste que le noyau — une étoile à neutrons, compactée en une boule de la taille d'une ville. L'existence de telles étoiles a été prédite dès 1934 par Fritz Zwicky.

L'effondrement du cœur d'une étoile ressemble à la compression d'un ressort : la matière tombe vers l'intérieur, et une étoile à neutrons naît au centre. Mais la chute n'est jamais parfaitement régulière.

Une étoile à neutrons est un chaudron bouillonnant de la taille d'une ville, mais avec une masse d'un soleil et demi. Dans ses profondeurs, la matière est comprimée au point que les noyaux atomiques perdent leur sens.

L'Univers primordial, à décalage vers le rouge z>7, était le théâtre d'une croissance effrénée : des trous noirs atteignant un milliard de masses solaires brillaient déjà comme des quasars, engloutissant le gaz à une vitesse prodigieuse. Comment ces géants ont-ils pu grandir en si peu de temps ?

Un manège : une structure légère est plus facile à faire tourner, une massive l'est moins. C'est à peu près ce qui se passe pour les étoiles à neutrons, ces vestiges ultra-denses d'étoiles explosées. Des astronomes ont examiné une cinquantaine de systèmes binaires où une étoile à neutrons orbite autour d'une autre, et ils ont remarqué : plus l'étoile est massive, plus sa période de rotation est longue.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers était rempli d'un plasma chaud et presque homogène. Mais dans certains endroits, la densité pouvait par hasard être un peu plus élevée. Si un tel amas atteignait une masse critique, il s'effondrait en trou noir — c'est ainsi que naissaient les trous noirs primordiaux.

Une planète géante encore bébé continue d'attirer à elle les restes de matériaux de construction du nuage qui l'entoure. C'est exactement ce qu'a capturé le télescope spatial Hubble en pointant ses caméras vers l'objet catalogué SR 12 c.

Quelque part dans le bulbe galactique, une étoile massive sommeille, prête à troquer sa combustion paisible contre un effondrement.

Un interprète, lors de négociations cruciales, se met soudain à parler une autre langue – et le sens de ses propos change du tout au tout. C'est à peu près ce que font les neutrinos au cœur d'une étoile mourante. Ces particules invisibles naissent en quantités énormes lorsque le noyau de l'étoile se comprime en une boule de la taille d'une ville.

Les ondes gravitationnelles ont mis au jour un abîme : les trous noirs dont la masse se situe entre 60 et 120 soleils ne naissent presque jamais. Ce gouffre est creusé par les supernovae à instabilité de paire — des explosions qui ne laissent même pas une poussière de l'étoile.

Les étoiles des dizaines de fois plus lourdes que notre soleil ne meurent pas comme on le pensait autrefois. La modélisation informatique a révélé que leur cœur ne s'embrase pas souvent en supernova, mais s'effondre rapidement en un trou noir.

La densité au centre d'une étoile à neutrons est telle qu'une cuillère à café de sa matière pèserait autant qu'une montagne. Les physiciens cherchent depuis longtemps à comprendre à quel point une telle étoile peut être massive avant de s'effondrer en trou noir.

Une étoile à neutrons est le noyau mort d'une étoile qui a explosé, compressé à la taille d'une ville. Si une étoile ordinaire se trouve à proximité, l'étoile à neutrons aspire sa matière comme un aspirateur. Cette matière tombe à la surface et forme une croûte – une couche solide de noyaux atomiques riches en neutrons.

Le mystère de la croissance rapide des trous noirs dans l'Univers jeune pourrait être expliqué par les quasi-étoiles. Ce sont des cocons de gaz géants avec un trou caché à l'intérieur. La matière qui y tombe s'échauffe et émet tant de lumière qu'elle empêche le cocon de se contracter.

Certains trous noirs sont des vestiges du Big Bang. D'ordinaire, ils s'estompent par une lente fuite de rayonnement, comme l'a prédit Stephen Hawking.

La Terre, dans sa jeunesse, ressemblait à une ruche : elle grandissait en agrégeant d'innombrables blocs de pierre. Une fois la construction principale achevée, un essaim tardif de météorites s'est abattu sur la jeune planète – ce qu'on appelle le grand bombardement tardif.

Deux étoiles faibles tournent si près l'une de l'autre que l'une attire la matière de l'autre, comme une cuillère qui écume délicatement un bouillon. Pour la première fois, des astronomes ont calculé le destin de ces paires – les naines ultra-froides et les naines brunes, les habitants les plus froids et les plus ternes de la galaxie.

Les neutrinos sont des particules minuscules qui interagissent à peine avec la matière. Ils traversent une étoile sans encombre, comme des balles à travers un nuage. Lorsqu'une étoile massive se prépare à exploser, son noyau se contracte, la température augmente et des neutrinos commencent à s'en échapper.

Dans les entrailles d'une étoile mourante, avant l'explosion de la supernova, des réactions nucléaires déterminent quels éléments chimiques seront dispersés dans l'espace.

Au Grand collisionneur de hadrons, on fait entrer en collision des protons avec des noyaux de plomb. Au moment de l'impact, des centaines de nouvelles particules naissent, et certaines s'échappent en faisceaux étroits — les gerbes.

La nuit, sur une route déserte, un lampadaire clignote rarement, mais d'un coup à pleine puissance. C'est ainsi que se comportent les étoiles de type WZ Sge : elles couvent à peine visiblement pendant des années, puis s'embrasent d'un coup, devenant des centaines de fois plus brillantes.

Au Grand collisionneur de hadrons, on ne fait pas seulement entrer en collision des protons, mais aussi des noyaux entiers d'atomes.

Bien avant cela, Fritz Zwicky avait prédit qu'après l'explosion d'une supernova naissait une minuscule étoile à neutrons. Des années plus tard, Jocelyn Bell Burnell en a capté les pulsations, découvrant les pulsars.

Les trous noirs sont des éviers cosmiques, des entonnoirs gravitationnels qui aspirent la matière environnante. Ce processus, appelé accrétion, ne se déroule pas toujours sans heurts : une partie du gaz qui tombe peut être éjectée sous forme de jets relativistes étroits — les jets.

Dans le système binaire 4U 1700-37, l'étoile supergéante massive HD 153919 perd de la matière via un puissant vent stellaire. Ce vent, tel un flux invisible, se précipite vers le compagnon compact — probablement une étoile à neutrons. En tombant, la matière s'échauffe à des millions de degrés et s'embrase dans le domaine des rayons X.

Dans les nuages sombres de gaz interstellaire où naissent les étoiles, la matière se rassemble en nœuds denses – les futurs berceaux des astres. Les astronomes mesurent les distances entre ces nœuds à partir de photographies du ciel, mais une photographie est plate, alors que le nuage est en volume. Convertir le plan en volume n'est pas aussi simple qu'il y paraît.

La lumière d'une source lointaine, en passant près d'une étoile à neutrons, se courbe comme le faisceau d'une lampe de poche dans un miroir déformant. Les astrophysiciens ont mené une expérience numérique : ils ont lancé des rayons en arrière, de l'observateur vers l'étoile, et ont observé quelle image un télescope verrait.

L'aluminium-26 est un isotope qui ne vit pas longtemps à l'échelle cosmique : environ un million d'années. Lorsqu'une étoile massive explose en supernova, elle projette cet aluminium dans l'espace.

Dans les années 2010, les astronomes ont remarqué une chose étonnante : les trous noirs supermassifs au centre des galaxies, malgré d'énormes différences de taille et de luminosité, s'alignent sur une même ligne droite lorsqu'on trace un graphique de leur émission en millimétrique en fonction de leurs rayons X et de leur masse.

Comme dans une pièce bondée où chaque nouvelle personne augmente fortement la pression sur les murs, dans une étoile à neutrons, l'augmentation de la densité entraîne une hausse de la résistance interne. Mais cette résistance a elle aussi un plafond absolu.

Le ballon ATIC s'est élevé au-dessus de l'Antarctique et a capté des particules plus anciennes que la Terre elle-même. Parmi elles, des noyaux atomiques du soufre au chrome, et plus leur énergie est élevée, plus leur proportion par rapport au fer augmente.