couronne de trou noir

Au centre de presque chaque grande galaxie se trouve un trou noir supermassif. Il ne se contente pas de dévorer le gaz qui tombe, il en rejette une partie sous forme de puissants jets. Ces jets, tels des pistons géants, poussent le gaz environnant et le chauffent.

Dans la lointaine galaxie du Cigare, il existe un phare singulier. Il n'émet pas de lumière au sens habituel – ses rayons naissent dans un nuage surchauffé autour d'un trou noir qui dévore la matière d'une étoile voisine. De tels objets sont appelés sources de rayons X ultralumineuses. Leur éclat en rayons X est si intense qu'il éclipse des galaxies entières.

Au centre de nombreuses galaxies se cachent de gigantesques trous noirs. Ils sont entourés d’un épais nuage de plasma incandescent qui émet un puissant rayonnement X.

Mai 2022. Le polarimètre spatial IXPE, le spectroscope NuSTAR et le moniteur NICER fixent simultanément le même point du ciel — le trou noir du système Cygnus X-1, où il orbite autour d'une supergéante bleue dans une binaire serrée avec une période de 5,6 jours.

Au cœur de l'immense galaxie Hydra-A, ça bouillonne. Un trou noir supermassif éjecte deux puissants jets de plasma – des jets relativistes. Ils percent le nuage de gaz surchauffé environnant et y gonflent des bulles géantes.

Les noyaux actifs de galaxie (noyau actif de galaxie) sont les centrales électriques cosmiques par excellence : leur couronne en rayons X rayonne des millions de fois plus que les atmosphères stellaires. Mais qui allume l'étincelle ?

Un puissant projecteur qui s'allume et s'éteint. La lumière se réfléchit sur les nuages environnants, et le délai du signal réfléchi permet de déduire la distance des nuages. C'est à peu près ainsi que les astronomes étudient la couronne chaude – le nuage de plasma incandescent au-dessus du trou noir au centre d'une galaxie active. Mais il y a un hic.

En astrophysique, certains nombres semblent aléatoires mais se répètent avec l'obstination d'une incantation. L'un d'eux est le rapport entre la luminosité en rayons X et l'émission de la raie H-alpha de l'hydrogène dans les queues de gaz turbulentes.

Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont comme d'immenses banians : leurs racines aériennes, des filaments, s'étendent sur des kiloparsecs pour puiser la matière nutritive.

Une supernova, c'est l'explosion finale d'une étoile massive, qui disperse sa matière sur des années-lumière. À l'intérieur de l'enveloppe en expansion subsiste une étoile à neutrons, et cette enveloppe continue de filer à travers le gaz interstellaire pendant des milliers d'années.

Autour de notre Galaxie, telle une couronne invisible, s'étend un nuage de gaz ténu, chauffé à des millions de degrés. On l'appelle le halo galactique. Voir cette lueur directement est difficile : elle émet des rayons X mous, absorbés par l'atmosphère terrestre.

Une lanterne brille à travers un épais brouillard. La lumière se diffuse sur les gouttelettes d'eau et la lanterne paraît floue. Autour d'un trou noir, il se passe quelque chose de semblable : un gaz brûlant, tel un brouillard, l'enveloppe, et les rayons X provenant des régions internes du disque traversent ce nuage.

Une immense marmite de soupe bouillonnante s'étend sur des millions d'années-lumière. C'est l'atmosphère de l'amas de galaxies de Persée, un nuage de gaz incandescent maintenu par la gravité.

Au centre de la lointaine galaxie MCG-6-30-15 se trouve un trou noir supermassif. Autour de lui tourne un disque de gaz incandescent, et au-dessus du disque flotte un nuage de particules encore plus chaudes — la couronne. En février 2024, trois télescopes à rayons X — XRISM, NuSTAR et XMM-Newton — ont observé ce système simultanément.

Au centre de la Voie lactée, parmi les nuages denses de gaz et de poussière, se trouve une région appelée Sagittaire C. Elle ressemble à un carrefour animé : des étoiles y naissent, des flux de matière s'y heurtent, et tout cela est éclairé par des rayons X. Pendant longtemps, cette lueur est restée une énigme.

Dans l'amas de la Règle, l'amas de galaxies riche le plus proche de nous, les astronomes ont repéré une onde de choc. Elle est née lorsqu'un amas a percuté un autre, comme la vague à la proue d'un navire fendant l'eau. Cette onde a comprimé et chauffé le gaz entre les galaxies. Deux galaxies se trouvent juste derrière le front de l'onde.

Lors de l'éruption de 2021, le trou noir du système GX 339-4 s'est comporté comme une actrice qui change de costume entre les scènes. Dans l'état dur, il arborait deux couronnes à la fois : une chaude et ténue, et par-dessus, une tiède et dense. Dans l'état mou, seule la couronne chaude subsistait.

L'eau dans un entonnoir ne descend pas entièrement : une partie jaillit vers le haut en fines giclées. Le gaz près d'un trou noir se comporte de la même manière. Il tombe, s'échauffe, entre en collision avec lui-même — et une partie est éjectée dans l'espace en deux jets étroits qui partent dans des directions opposées.

La surface du Soleil bout comme l'eau dans une casserole. Le gaz chaud monte, refroidit et redescend — c'est la convection. Autour, les champs magnétiques bouillonnent, se déchirent et se reconnectent.

Dans un nuage de gaz froid et sombre, là où une étoile commence tout juste à se former, le télescope ALMA a repéré un anneau inhabituel. Il est composé de gaz plus chaud et plus dense que son environnement.

Le Soleil éjecte de temps à autre d'immenses nuages de plasma dans l'espace — les éjections de masse coronale. À l'intérieur de ces nuages se trouvent souvent des protubérances emmêlées — des amas de matière plus froids et plus denses. C'est eux qui contiennent beaucoup d'atomes neutres, lesquels émettent une lumière vive dans certaines raies.

En 2008, une nuit, quelque chose a brusquement flamboyé en rayons X au cœur de la lointaine galaxie J1047+5907. C'est parfois ce qui se passe autour d'un trou noir supermassif : un nuage de gaz surchauffé au-dessus de lui émet soudain un puissant flux de lumière. Le trou noir lui-même n'émet rien, mais son environnement peut s'illuminer comme une enseigne au néon.

Sept fois, des astronomes ont observé un trou noir déchiqueter une étoile qui passait par là. Les sursauts ont été mesurés avec une grande précision en rayons X, et ils ont remarqué que le rayonnement le plus énergétique précédait toujours le rayonnement mou de 500 secondes.

Au centre de l'amas de galaxies RXCJ1558.3-1410, une vie invisible bouillonne. Le gaz chaud s'y refroidit, mais quelque chose l'empêche de se contracter pour donner naissance à de nouvelles étoiles. Les astronomes ont pointé un radiotélescope vers cet amas et ont vu une faible lueur — un mini-halo.

Dans un gaz brûlant de particules chargées — le plasma — les champs électriques chaotiques agissent comme un tamis. Une particule lente s'entoure d'un nuage de charges opposées qui neutralise le champ externe. Une particule rapide, elle, perd cette armure et se fait accélérer.

Une nouvelle étude le confirme : les ondes de choc dans le plasma autour des trous noirs supermassifs au centre des galaxies agissent comme des vagues océaniques qui propulsent les protons à des vitesses proches de celle de la lumière. Même une vague faible leur cède un dixième de son énergie — comme une petite houle qui enverrait un surfeur dans l'espace.

Au centre de nombreuses galaxies se cache un trou noir — un objet prédit par les solutions des équations de Karl Schwarzschild. Autour de lui s'étend une couronne incandescente — une région de plasma raréfié, chauffé à des milliards de degrés.