microquasar

Loin dans la constellation du Cancer, à 3,5 milliards d'années-lumière de la Terre, une horloge à pendule fait tic-tac. Ce pendule est un trou noir secondaire qui orbite autour d'un premier trou noir, beaucoup plus massif.

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.

Au centre d'une galaxie naine ultra-compacte (un système stellaire très dense de quelques dizaines d'années-lumière) fonctionne un aspirateur. Sauf qu'au lieu de la poussière, il aspire le gaz que rejettent les étoiles mourantes.

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.

Un trou noir de 35 000 masses solaires navigue à travers le gaz de la galaxie comme une péniche dans le brouillard. Sa gravité ratisse la matière devant lui, et derrière se forme une traînée dense — un sillage de gaz. Une partie de ce gaz est happée par le trou noir, qui grossit.

Autour d'une étoile qui vient de s'allumer, un tourbillon de poussière et de gaz tournoie. Ce tourbillon — le disque protoplanétaire — grandit en absorbant la matière du nuage environnant.

Au centre de notre Galaxie se trouve le trou noir supermassif Sagittarius A*. Si un compagnon invisible tourne à ses côtés, leur danse peut être repérée grâce à la lumière d'autres étoiles.

La collision de galaxies ressemble à une danse lente où deux partenaires se rapprochent progressivement. Au centre de chacune se cache un trou noir supermassif — un volant d'inertie invisible pesant des millions ou des milliards de soleils.

Un disque de gaz pesant quatre cent mille soleils ceint le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Son attraction agit comme un gouvernail gravitationnel : elle fait lentement mais inexorablement pivoter les orbites des étoiles binaires, les poussant vers une région où les forces de marée déchirent la paire.

Le vent le plus rapide de l'Univers file à 0,58 fois la vitesse de la lumière. Il parcourt la distance Terre-Lune en deux secondes. Ce vent n'est pas un jet, mais un large flux de gaz jaillissant du centre de la galaxie.

Huit cents millions d'années après le Big Bang — et au cœur d'une jeune galaxie bat déjà un moteur monstrueux. Un trou noir d'une masse de dix milliards de soleils dévore la matière si avidement que son rayonnement devrait éclipser tout alentour. Mais dehors, silence.

Soixante-douze disques d'accrétion — des cocons tourbillonnants de gaz et de poussière cosmique — ont été scrutés par l'instrument MIRI à bord du James Webb. La plupart d'entre eux libèrent des flux dans l'espace : des structures coniques denses et de fines gerbes à grande vitesse.

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.

Trois millisecondes avant la fusion. Un immense trou noir en rotation frénétique attire une étoile à neutrons — une boule de la taille d'une ville mais d'une masse équivalente à une fois et demie celle du Soleil. Les forces de marée étirent l'étoile en un filament aussi fin qu'une aiguille et dispersent la matière.

Une branche tombe dans un tourbillon. Elle est emportée et brisée, mais parfois un puissant jet d'eau jaillit du centre. C'est à peu près ainsi qu'un trou noir déchire une étoile qui passe à proximité, et parfois, après cela, un jet de plasma éblouissant jaillit dans l'espace — le jet.

Un essaim de particules invisibles minuscules — tel un nuage de pollen — dérive dans l'espace. Sur son chemin se trouve un trou noir. Certaines particules tombent dedans et disparaissent à jamais, d'autres contournent le piège et s'envolent. Les physiciens ont construit une carte qui montre exactement combien de matière sera avalée et combien survivra.

Au cœur d'un amas stellaire dense règne une véritable forge : ici, les étoiles, telles des pièces incandescentes, se heurtent et fusionnent sous l'effet de la gravité, et ces fusions ne sont pas une catastrophe mais une opportunité. Chaque coup de marteau stellaire transmet une rotation au futur trou noir.

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.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles ont enregistré une impulsion étrange : le signal GW241011. Deux trous noirs ont fusionné, mais la paire semblait inhabituelle : l'un des trous était environ trois fois plus léger que l'autre, et l'ensemble du système tournait rapidement.

Dans la constellation de l'Aigle, à environ 40 000 années-lumière de nous, fonctionne l'un des accélérateurs naturels les plus puissants de la Galaxie. Il s'agit du microquasar GRS 1915+105, une paire composée d'une étoile ordinaire et d'un trou noir.

Deux aimants se percutent dans une pièce sombre, se collent en une boule — et un bruit sourd retentit. C'est à peu près ce qui se passe avec les trous noirs, sauf qu'au lieu d'aimants, ils ont une charge électrique, et au lieu d'un bruit, une onde gravitationnelle.

Pendant vingt-trois ans, Hubble et James Webb ont scruté le cœur d'Omega Centauri, un amas globulaire où des millions d'étoiles se pressent dans un espace d'environ cent cinquante années-lumière de diamètre.

Une goutte d'hélium froid frôle dangereusement un trou noir. Ce n'est pas une simple goutte : c'est une étoile morte de la taille de la Terre, mais dont la masse est comparable à celle du Soleil.

Imaginez un funambule en équilibre au-dessus d'un gouffre. Chaque pas modifie la tension du fil, et le moindre déplacement du centre de gravité peut être fatal.

Dans le théâtre silencieux du cosmos, la pièce de la vie d'une étoile se joue sur des milliards d'années. Mais parfois, un metteur en scène invisible s'invite sur scène : un trou noir primordial.

Jetez une pierre dans un étang, et des cercles se forment. Quelque chose de semblable se produit à l'intérieur d'amas compacts de matière noire lorsqu'ils se trouvent dans un environnement particulier : un champ scalaire.

Les paires de trous noirs dansent de trois façons différentes avant de fusionner. La première est une valse élégante : les objets tournent dans le même sens, comme des partenaires qui se regardent. Ces paires naissent d'étoiles binaires et ont souvent des masses inégales.

Un aspirateur puissant aspire non seulement la poussière, mais aussi son propre sac à poussière. C'est à peu près ce que fait un trou noir au centre d'un « point rouge » — une galaxie lointaine où la lueur ne provient pas du trou lui-même, mais de son épaisse couche de gaz. Cette couche est si épaisse qu'elle ressemble à une étoile froide gonflée.

Un projecteur éclaire une salle obscure. Entre la lampe et le mur, une lentille invisible passe — et la tache de lumière devient un instant plus brillante, se déplace légèrement.

Une étoile massive s'effondre et naît un trou noir entouré d'un disque de plasma surchauffé. Pour que des jets étroits s'échappent de ce disque, il faut un champ magnétique ordonné. Mais à l'intérieur de l'étoile, il est enchevêtré.

Deux trous noirs qui tournent l'un autour de l'autre se comportent comme un bateau qui rame avec des étoiles. Chaque étoile qui passe est rejetée, comme un coup de rame, et transmet de l'impulsion à la paire. On a longtemps pensé que cela ne faisait que rapprocher les trous noirs.

Dans l'Univers primordial, la densité des amas stellaires était si élevée que des étoiles colossales, de la taille du Système solaire, s'y formaient. Si une telle géante remplaçait le Soleil, sa frontière extérieure s'étendrait jusqu'à l'orbite de Jupiter.

Le gaz qui tombe vers un trou noir s'enroule en spirale, comme l'eau dans un entonnoir. Dans ce flux, des boucles magnétiques naissent et éclatent sans cesse — un peu comme des éruptions solaires, mais bien plus puissantes. Chaque boucle est un minuscule aimant qui vit sa propre vie.

Deux étoiles tournent autour d'un centre commun, absorbant le gaz d'un nuage environnant. Autour de chaque étoile et autour de la paire entière se forment des disques de gaz en rotation. De ces disques, comme des tuyaux d'arrosage, jaillissent des jets. À l'intérieur des disques, le gaz est constamment brassé — c'est l'instabilité magnétorotationnelle.

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.

Dans le nuage de gaz laissé par l'explosion d'une étoile (ce qu'on appelle un rémanent de supernova), des astronomes ont remarqué une lettre S géante et lumineuse. Elle a été créée par deux jets de matière surchauffée éjectés lors de la catastrophe.

Un jet d'eau sortant d'un tuyau d'arrosage et frappant un mur s'étale sur les côtés. De la même manière se comportent les jets astrophysiques — d'étroits flux de plasma éjectés des environs des trous noirs ou des jeunes étoiles.

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.

Une étoile de matière noire est un océan invisible de particules ultralégères, dont l'existence fut soupçonnée par Fritz Zwicky dès les années 1930. Dans cet océan plonge une étoile à neutrons — une petite boule incroyablement dense. La friction contre la matière noire, comme contre l'eau, accélère sa chute vers le centre.

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.