source de neutrinos du trou noir

Une toupie tourne si vite que l'air autour d'elle se met à tourner à l'unisson. C'est à peu près ce que fait un trou noir : s'il tourne, il peut transférer son énergie aux particules qui se trouvent à proximité. Ce processus est appelé superradiance — il ressemble à un écho dans les montagnes, sauf qu'au lieu du son, ce sont de nouvelles particules qui naissent.

L'enquête cosmique a commencé avec un sursaut discret dans le domaine optique. L'objet AT2019wzc s'est lentement allumé puis éteint, comme une braise qui couve. Mais à l'intérieur se cachait quelque chose de bien plus énergétique : des sursauts répétés de rayons X mous, que les astronomes appellent éruptions quasi-périodiques.

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.

En mai 2020, les détecteurs LIGO et Virgo ont enregistré le sursaut gravitationnel GW200105. Parmi la multitude d'ondes gravitationnelles similaires, celui-ci se distinguait par une étrangeté : l'orbite de l'étoile à neutrons et du trou noir en collision n'était pas un cercle parfait, mais une…

La matière noire reste le fond de basse inaudible de la symphonie cosmique — elle n'émet pas de lumière, mais son attraction gravitationnelle façonne les galaxies. Vera Rubin a capté ce rythme pour la première fois dans les années 1970 en observant la rotation des étoiles.

Erwin Schrödinger se demandait comment la vie maintient l'ordre malgré le deuxième principe de la thermodynamique. Il ne pouvait imaginer qu'une partie de la réponse se cachait dans l'instabilité des étoiles géantes.

Un trou noir est un endroit où les règles habituelles volent en éclats. En son centre, selon la physique classique, se cache une singularité : un point de densité infinie vers lequel tout ce qui y tombe est attiré. La théorie quantique devait adoucir ce tableau.

En 1933, Fritz Zwicky évoquait pour la première fois une masse invisible maintenant les amas de galaxies. Des décennies plus tard, Vera Rubin dressait la carte de la rotation galactique, révélant la présence fantomatique de la matière noire.

Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant, son cœur s'effondre, donnant naissance à une supernova et émettant une pluie pénétrante de neutrinos.

En 2017, le télescope à neutrinos antarctique IceCube a enregistré une particule d'environ 290 TeV provenant des profondeurs du cosmos.

Dans les premiers instants après le Big Bang, matière et antimatière étaient presque en quantités égales. Mais quelque chose a rompu l'équilibre — sinon tout aurait annihilé en rayonnement, et le monde serait resté vide. L'un des candidats au rôle de « perturbateur » est le neutrino droit superlourd.

Il y a près de quinze ans, le télescope à rayons gamma Fermi détectait de mystérieuses « bulles » – d'immenses nuages de plasma, comme gonflés par des poumons invisibles, s'élevant à des dizaines de milliers d'années-lumière du centre de la Galaxie.

Une boule duveteuse de toile invisible enveloppe un trou noir. Cette toile, c'est la matière noire, qui n'émet pas de lumière mais dont le poids guide le mouvement des étoiles aux confins des galaxies.

Dans les profondeurs de la mer Méditerranée, où l'eau exerce une pression de plusieurs centaines d'atmosphères, un réseau de sphères photosensibles attendait un hôte rare. Et il est venu – un neutrino qui a traversé l'épaisseur de la Terre avec une énergie comparable à celle d'une brique en vol.

Le laser frappe une cible faite de fils fins — et en quelques dizaines de femtosecondes (milliardièmes de milliardième de seconde), il en arrache un flux de protons. Ces protons pénètrent dans un convertisseur en lithium et deutérium, où naissent des neutrons.

Les neutrinos sont des particules presque insaisissables : ils traversent les planètes sans même remarquer les atomes. Chaque capture est donc un coup de chance.

Lorsqu'un noyau atomique lourd se brise, il ne se sépare pas en deux moitiés régulières. D'abord, deux fragments apparaissent, semblables à des poires pressées l'une contre l'autre par leurs extrémités étroites. Ensuite, le point de jonction commence à s'aplatir — comme si deux gouttes fusionnaient et que la surface s'aplanissait rapidement.

Le trou noir MAXI J1810-222 se comporte comme un aspirateur géant, mais avec un clapet anti-retour : il aspire la matière, et une partie est rejetée dans l'espace. Ce « flux inverse » — le vent stellaire — avait déjà été repéré par les astronomes, mais ils ne le voyaient que comme une tache floue en rayons X.

Un détecteur de matière noire ressemble à un microphone très sensible qui écoute le silence. Il capte de minuscules secousses thermiques – les phonons – qui se produisent lorsqu'une particule frôle le cristal.

Lorsqu'une étoile comme le Soleil épuise son hydrogène, elle se gonfle en géante rouge, et de l'hélium s'accumule dans son noyau. À un moment donné, l'hélium s'embrase : en quelques secondes, il libère autant d'énergie que l'étoile en a rayonné pendant des milliers d'années. C'est ce qu'on appelle le flash de l'hélium.

Le système binaire SS433 est connu pour son trou noir qui arrache de la matière à son étoile compagne. Une partie du gaz tombe dans le trou, tandis qu'une autre est éjectée en deux jets étroits qui tournoient comme une toupie. Ces jets sont visibles en radio et en rayons X.

Au cœur des Alpes se cache le Grand collisionneur de hadrons. De temps à autre, ses détecteurs enregistrent des pics soudains — les scientifiques les appellent OVNI (objets volants non identifiés). Selon une théorie, il ne s'agirait pas de pannes d'équipement, mais de traces de matière noire.

Les astronomes les ont surnommés « petits points rouges » : de lointaines galaxies au centre desquelles se cache un trou noir géant, enveloppé dans une épaisse couche d'hydrogène. Cet emballage n'est pas qu'un camouflage, c'est un véritable canon naturel. Le trou noir aspire la matière, mais en rejette une partie sous forme de jets étroits.

La nuit, des balles invisibles traversent le ciel : les rayons cosmiques. Ce sont des noyaux atomiques propulsés à des vitesses proches de celle de la lumière. Les champs magnétiques de la Galalie brouillent leurs trajectoires, rendant difficile l'identification de leur lieu de naissance.

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.

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.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'espace est entré en ébullition. La substance surchauffée qui imprègne le monde a engendré d'immenses bulles d'une nouvelle phase — comme un liquide qui produit de la vapeur. Les collisions de ces bulles ont propulsé des particules à des énergies inimaginables dans les accélérateurs terrestres.

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.

Les rayons cosmiques – des particules d'une énergie prodigieuse – filent dans les ténèbres de l'espace intergalactique. Lors d'une collision frontale, leur puissance pourrait se comprimer en un trou noir de la taille d'un atome.

Les ondes gravitationnelles issues de la fusion d'une étoile à neutrons avec un trou noir portent l'empreinte de la dynamique extrêmement complexe de l'espace-temps.

En 2017, les détecteurs LIGO et Virgo ont capté des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux étoiles à neutrons. Une kilonova a alors jailli : une explosion cosmique brillante dans laquelle, pensait-on, naissent les éléments les plus lourds du tableau périodique.