Des astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA ont observé un disque mince inattendu de matière encerclant un trou noir supermassif au cœur de la galaxie spirale NGC 3147, situé à 130 millions d'années-lumière.

La présence du disque de trou noir dans une galaxie active à si faible luminosité a surpris les astronomes. Les trous noirs dans certains types de galaxies telles que NGC 3147 sont considérés comme affamés car il n'y a pas suffisamment de matière capturée par gravitation pour les nourrir régulièrement. Il est donc surprenant qu'il y ait un disque mince encerclant un trou noir affamé qui imite les disques beaucoup plus gros que l'on trouve dans les galaxies extrêmement actives.

D'un intérêt particulier, ce disque de matière entourant le trou noir offre une occasion unique de tester les théories de la relativité d'Albert Einstein. Le disque est si profondément enfoncé dans le champ gravitationnel intense du trou noir que la lumière du disque de gaz est altérée, selon ces théories, donnant aux astronomes un aperçu unique des processus dynamiques à proximité d'un trou noir.

"Nous n'avons jamais vu les effets de la relativité générale et restreinte dans la lumière visible avec autant de clarté, " a déclaré Marco Chiaberge, membre de l'équipe d'AURA pour l'ESA, STScI et Université Johns Hopkins.

Le matériau du disque a été mesuré par Hubble comme tourbillonnant autour du trou noir à plus de 10 % de la vitesse de la lumière. A des vitesses aussi extrêmes, le gaz semble s'éclaircir lorsqu'il se dirige vers la Terre d'un côté, et s'assombrit à mesure qu'il s'éloigne de notre planète de l'autre. Cet effet est connu sous le nom de rayonnement relativiste. Les observations de Hubble montrent également que le gaz est enfoncé si profondément dans un puits gravitationnel que la lumière a du mal à s'échapper, et semble donc étiré vers des longueurs d'onde plus rouges. La masse du trou noir est environ 250 millions de fois celle du Soleil.

"C'est un aperçu intrigant d'un disque très proche d'un trou noir, si proches que les vitesses et l'intensité de l'attraction gravitationnelle affectent la façon dont nous voyons les photons de la lumière, " a expliqué le premier auteur de l'étude, Stefano Bianchi, de l'Università degli Studi Roma Tre en Italie.

Afin d'étudier la matière qui tourbillonne au plus profond de ce disque, les chercheurs ont utilisé le spectrographe imageur du télescope spatial Hubble (STIS). Cet outil de diagnostic divise la lumière d'un objet en ses nombreuses longueurs d'onde individuelles pour déterminer la vitesse de l'objet, Température, et d'autres caractéristiques à très haute précision. STIS a joué un rôle essentiel dans l'observation efficace de la région de faible luminosité autour du trou noir, bloquant la lumière brillante de la galaxie.

Les astronomes ont initialement sélectionné cette galaxie pour valider les modèles acceptés concernant les galaxies actives à faible luminosité :celles avec des trous noirs mal nourris. Ces modèles prédisent que des disques de matière devraient se former lorsque de grandes quantités de gaz sont piégées par la forte attraction gravitationnelle d'un trou noir, émettant par la suite beaucoup de lumière et produisant une balise brillante appelée quasar.

"Le type de disque que nous voyons est un quasar à échelle réduite auquel nous ne nous attendions pas à exister, " expliqua Bianchi. " C'est le même type de disque que l'on voit dans des objets qui sont 1000 voire 100 000 fois plus lumineux. Les prédictions des modèles actuels pour les galaxies actives très faibles ont clairement échoué."

L'équipe espère utiliser Hubble pour rechercher d'autres disques très compacts autour des trous noirs à faible luminosité dans des galaxies actives similaires.

L'article de l'équipe paraîtra dans le journal le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .