variabilité des trous noirs

Le cœur du trou noir bat de façon irrégulière. Un battement est plus lumineux, le suivant plus terne, et ce rythme encode la température des électrons qui tourbillonnent tout près de l'horizon.

Un trou noir apparié à une étoile fonctionne comme une pompe : il aspire le gaz de sa compagne, le fait tourbillonner en un disque lumineux et, de temps à autre, éjecte une partie de la matière sous forme de deux jets étroits. En 2021, le système 4U 1543-475 a offert un tel spectacle.

Un trou noir n'est pas qu'un simple abîme. C'est une chaudière incandescente dont la température augmente à mesure qu'il s'évapore. Les auteurs de l'étude ont découvert que lorsque la chaleur atteint un seuil critique, le trou noir semble entrer en ébullition.

On pense souvent que le trou noir est un aspirateur cosmique impitoyable qui avale tout sans distinction. Mais une nouvelle étude renverse cette image : près de l'horizon, la courbure se transforme de piège en trampoline.

L'horizon d'un trou noir ressemble à un film de savon tendu au-dessus d'un abîme. De loin, il paraît parfaitement lisse, mais de près, il tremble. Cette ondulation naît des fluctuations quantiques, c'est-à-dire de la création et de l'annihilation incessantes de particules dans le vide.

La lumière qui tombe dans un trou noir transporte de l'information — par exemple, le chemin qu'a suivi un photon. L'horizon (la surface sous laquelle rien ne revient) réagit en modifiant son entropie — une mesure du désordre, comparable au nombre de pages mélangées dans un livre.

Photographier les abords d'un trou noir rappelle la photo d'un jet d'eau : une pose courte fige les gouttes, une pose longue les transforme en traînées floues. La lumière du gaz incandescent qui tourbillonne près du trou nous parvient par des chemins différents.

Au centre de la Voie lactée se trouve le trou noir supermassif Sagittarius A*. Il est quatre millions de fois plus massif que le Soleil, mais à l'échelle cosmique, il se comporte calmement : il ne s'illumine que rarement, lorsqu'il avale une portion de gaz.

Le trou noir Swift J1727.8-1613 émet des sursauts de rayons X selon un rythme strict – comme un cœur cosmique. Le gaz qui tombe dans le trou noir forme un disque en rotation, et sa luminosité pulse. Un télescope chinois a capté ce rythme, tel un stéthoscope qui écoute les battements du cœur.

Un tuyau d'arrosage projette un puissant jet d'eau. Si on le pince légèrement ou qu'on le secoue, le jet commence à onduler comme un serpent et des gouttes volent de tous côtés. Quelque chose de similaire se produit avec les jets de plasma géants éjectés par les trous noirs.

Les éclipses dans les étoiles doubles sont comme une horloge : la naine blanche (le résidu dense d'une étoile) passe régulièrement devant sa compagne, et la lumière s'éteint brièvement. Mais pour la plupart de ces paires, l'horloge avance ou retarde de quelques secondes sur des années. Les astronomes ont mesuré ces dérèglements dans 43 systèmes et ont trouvé une régularité.

En 2019, les astronomes ont dévoilé la première image de l'ombre d'un trou noir : un puits sombre entouré d'un anneau orange irrégulier. Il s'agit du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87, à 55 millions d'années-lumière de nous. L'anneau n'est pas seulement lumineux : un de ses côtés est nettement plus brillant que l'autre.