Dans une collaboration internationale entre le Japon et la Suède, les scientifiques ont clarifié comment la gravité affecte la forme de la matière près du trou noir dans le système binaire Cygnus X-1. Leurs découvertes, qui ont été publiés dans Astronomie de la nature ce mois-ci, peut aider les scientifiques à mieux comprendre la physique de la forte gravité et l'évolution des trous noirs et des galaxies.

Près du centre de la constellation du Cygne se trouve une étoile en orbite autour du premier trou noir découvert dans l'univers. Ensemble, ils forment un système binaire connu sous le nom de Cygnus X-1. Ce trou noir est également l'une des sources les plus brillantes de rayons X dans le ciel. Cependant, la géométrie de la matière qui donne naissance à cette lumière était incertaine. L'équipe de recherche a révélé cette information à partir d'une nouvelle technique appelée polarimétrie aux rayons X.

Prendre une photo d'un trou noir n'est pas facile. Pour une chose, il n'est pas encore possible d'observer un trou noir car la lumière ne peut pas y échapper. Plutôt, au lieu d'observer le trou noir lui-même, les scientifiques peuvent observer la lumière provenant de la matière proche du trou noir. Dans le cas du Cygnus X-1, cette matière provient de l'étoile qui gravite autour du trou noir.

La plupart des lumières que nous voyons, comme du soleil, vibre dans plusieurs directions. La polarisation filtre la lumière pour qu'elle vibre dans une direction. C'est ainsi que les lunettes de neige avec des verres polarisés permettent aux skieurs de voir plus facilement où ils descendent la montagne - ils fonctionnent parce que le filtre coupe la lumière réfléchie par la neige.

"C'est la même situation avec des rayons X durs autour d'un trou noir, " Hiromitsu Takahashi, professeur adjoint à l'Université d'Hiroshima et co-auteur de l'étude. " Cependant, les rayons X durs et les rayons gamma provenant du voisinage du trou noir pénètrent dans ce filtre. Il n'y a pas de telles "lunettes" pour ces rayons, nous avons donc besoin d'un autre type de traitement spécial pour diriger et mesurer cette diffusion de la lumière."

L'équipe avait besoin de déterminer d'où venait la lumière et où elle s'est dispersée. Pour effectuer ces deux mesures, ils ont lancé un polarimètre à rayons X sur un ballon appelé PoGO+. De là, l'équipe a pu reconstituer la fraction de rayons X durs réfléchis par le disque d'accrétion et identifier la forme de la matière.

Deux modèles concurrents décrivent à quoi peut ressembler la matière à proximité d'un trou noir dans un système binaire tel que Cygnus X-1 :le lampadaire et le modèle étendu. Dans le modèle de lampadaire, la couronne est compacte et étroitement liée au trou noir. Les photons se penchent vers le disque d'accrétion, résultant en une lumière plus réfléchie. Dans le modèle étendu, la couronne est plus grande et répartie autour du trou noir. Dans ce cas, la lumière réfléchie par le disque est plus faible.

Puisque la lumière ne s'est pas tellement pliée sous la forte gravité du trou noir, l'équipe a conclu que le trou noir correspondait au modèle corona étendu.

Avec ces informations, les chercheurs peuvent découvrir plus de caractéristiques sur les trous noirs. Un exemple est sa rotation. Les effets de spin peuvent modifier l'espace-temps entourant le trou noir. Spin pourrait également fournir des indices sur l'évolution du trou noir. Il pourrait être en train de ralentir depuis le début de l'univers, ou il pourrait accumuler de la matière et tourner plus vite.

"Le trou noir du Cygne est l'un des nombreux, " a déclaré Takahashi. "Nous aimerions étudier plus de trous noirs en utilisant la polarimétrie aux rayons X, comme ceux plus proches du centre des galaxies. Peut-être que nous comprenons mieux l'évolution des trous noirs, ainsi que l'évolution des galaxies."