binaire à rayons X

Au centre d'une galaxie, là où un trou noir supermassif enroule autour de lui un disque de gaz incandescent, naissent parfois des étoiles géantes. Elles ne ressemblent pas aux étoiles ordinaires : le disque les nourrit continuellement de matière, et l'étoile peut atteindre des centaines de masses solaires, restant brillante tant que le flux de gaz ne tarit pas.

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.

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.

Jetez deux pierres de formes différentes dans un étang : les cercles à la surface raconteront laquelle était lisse et laquelle était anguleuse. C'est ainsi que fonctionnent les ondes gravitationnelles : lorsque deux objets superdenses fusionnent, les vibrations de l'espace-temps transportent des détails sur leur structure interne.

Dans une galaxie lointaine, à environ 290 millions d'années-lumière de nous, se cache l'objet HLX-1. Autrefois, il brillait plus fort que des centaines de milliards de soleils ; aujourd'hui, il s'est tu. De 2018 à 2022, les télescopes spatiaux Hubble, Chandra et Swift ont observé son déclin.

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.

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.

Un trou noir est un endroit d'où rien ne peut s'échapper. Mais certaines théories suggèrent qu'en profondeur, au niveau quantique, il pourrait rebondir et se transformer en son opposé : un trou blanc, qui ne fait qu'expulser de la matière et de la lumière. Une équipe de physiciens a construit un modèle informatique de cette transformation.

Dans un système binaire serré, une étoile chaude, tel un projecteur, éclaire son compagnon plus froid. Une partie de la lumière est diffusée par les électrons libres de son atmosphère — c'est la diffusion de Thomson — et acquiert une polarisation linéaire.

Au centre d'une galaxie lointaine, un trou noir supermassif est entouré d'un disque plat en rotation composé de gaz et de poussière — un gigantesque entonnoir de matière cosmique. Dans ce disque peut se trouver un petit objet compact, par exemple un autre trou noir de masse stellaire.

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.

En 2022, les astronomes ont commencé à découvrir d'étranges balises cosmiques — les sursauts radio à longue période. Contrairement aux pulsars rapides découverts par Jocelyn Bell Burnell en 1967, ces objets s'allumaient avec une périodicité de plusieurs dizaines de minutes à plusieurs heures.

Autour d'un feu invisible tourbillonne un gaz incandescent. Le feu lui-même est caché, mais ses contours se devinent à la façon dont les flammes dansent. C'est à peu près ainsi que les astronomes « voient » les trous noirs — non pas l'objet lui-même, mais la matière surchauffée qui, avant de tomber dans l'abîme, est accélérée à des vitesses énormes et brille.

De nombreux trous noirs sont entourés de champs magnétiques. En tournant, le trou noir entraîne avec lui la courbure de l'espace-temps, comme un volant d'inertie, et lance une usine cosmique.

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.

Lorsque des trous noirs se rapprochent puis s'éloignent — sans fusionner, en effleurant simplement leurs champs gravitationnels — ils deviennent des projectiles idéaux pour tester les lois de la gravité.

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.

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.

Au centre de la Voie lactée se cache quelque chose d'invisible mais de très massif — environ quatre millions de fois plus lourd que le Soleil. On l'appelle généralement trou noir et on le désigne sous le nom de Sagittaire A*.

L'étoile à neutrons 4U 1735-44 avale la matière d'une étoile voisine. Cette matière s'enroule en un disque plat, comme l'eau qui s'engouffre dans le drain d'une baignoire. Mais ce disque brille en rayons X, et pour la première fois, les astronomes ont pu mesurer à quel point ces rayons sont « peignés », c'est-à-dire polarisés.

La lumière qui passe près d'un corps massif le contourne, comme un flot de voitures contourne un profond nid-de-poule sur la route. Plus les parois du nid-de-poule sont abruptes, plus la trajectoire est déviée — et moins il reste de chemins directs vers l'observateur.

Le trou noir GRS 1915+105 se cache généralement derrière un rideau de gaz dense — son émission de rayons X est fortement absorbée sur le chemin vers nous. Mais en avril 2023, il a soudainement érupté : le flux de rayons X a presque décuplé.

Le ciel nocturne semble immobile, mais parfois une étoile se met soudain à s'embraser. C'est ce qui est arrivé au système AT 2019wey : il a été repéré par le télescope TESS, qui cherche habituellement des planètes autour d'autres étoiles, mais qui, par hasard, photographiait la bonne région du ciel toutes les demi-heures.

Pendant cinquante ans, les astronomes n'ont pas réussi à comprendre la nature du puissant rayonnement X de l'étoile gamma Cassiopée. On soupçonnait un compagnon invisible, mais sans preuve. Le télescope japonais XRISM, équipé d'une spectroscopie à haute résolution, a capté de minuscules décalages dans les raies d'émission.

Une étoile à neutrons de la taille d'une ville effectue trente rotations par seconde. Son champ magnétique est des milliers de milliards de fois plus intense que celui de la Terre.

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.

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.

En 2026, dans le système binaire GS 1354-64, un trou noir s'est réveillé : il a commencé à attirer la matière de son étoile compagne, et un disque incandescent s'est mis à tourbillonner autour de lui.

Une pierre jetée dans l'eau crée des ondulations ; si elle se déplace, elle les comprime devant elle. Cet effet, découvert par Christian Doppler, s'applique aussi à la lumière : quand une source se déplace, sa couleur change.

Le corps glacé Arrokoth ressemble à un bonhomme de neige : deux sphères pressées l'une contre l'autre. De tels objets à deux têtes sont nombreux au-delà de l'orbite de Neptune, dans la ceinture de Kuiper. On a longtemps pensé qu'ils naissaient de la collision lente de deux corps distincts. Une nouvelle modélisation révèle une autre voie.

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.

Les paires d'étoiles larges ressemblent à deux danseurs qui se tiennent par la main mais se trouvent à chaque extrémité de la salle. Leur lien est faible, et n'importe quel passant peut les séparer. Les astronomes ont trouvé 26 de ces paires et ont vérifié à quel point elles sont solidaires.

Dans la poche d'une vieille veste, on trouve parfois un ticket de cinéma vieux de trois ans. On ne peut pas remonter le temps avec, mais on peut comprendre où son propriétaire est allé. Il en va de même pour les sous-naines chaudes — de minuscules étoiles en fin de vie qui brillent principalement dans l'ultraviolet. Leur lumière est comme ce ticket : elle raconte le passé, mais il est difficile de la déchiffrer.

Un télescope à rayons X en orbite a enregistré pendant des années la lueur des systèmes binaires où une étoile ordinaire tourne autour d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons. La matière de l'étoile compagne tombe sur l'objet compact, s'échauffe à des millions de degrés et émet des rayons X.

Dans un recoin sombre de la Voie lactée, un métronome naturel fonctionne. Toutes les 8196 secondes, soit environ 2 heures 16 minutes, un éclat de rayons X jaillit à la surface d'une étoile à neutrons. L'étoile EP J171159.4-333253 attire le gaz de son étoile voisine, et ce gaz, en tombant, s'accumule à sa surface.

Pendant treize ans, l'observatoire spatial Swift a enregistré la « respiration » en rayons X du pulsar GX 301-2. Toutes les quelques minutes, l'instrument BAT mesurait la quantité de rayonnement dur provenant de cette paire — une étoile à neutrons et son compagnon massif.

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.

Les sursauts gamma courts sont des explosions colossales qui, en une fraction de seconde, libèrent une énergie comparable à celle que notre Soleil émettra sur des milliards d'années.