Il n'y a pas de balance pour peser les trous noirs. Pourtant, les astrophysiciens de l'Institut de physique et de technologie de Moscou ont mis au point une nouvelle façon de mesurer indirectement la masse d'un trou noir, tout en confirmant son existence. Ils ont testé la nouvelle méthode, signalé dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , sur la galaxie active Messier 87.

Les noyaux galactiques actifs sont parmi les objets les plus brillants et les plus mystérieux de l'espace. Une galaxie est considérée comme active si elle produit un long faisceau mince de matière et d'énergie dirigé vers l'extérieur. Connu sous le nom de jet relativiste, ce phénomène ne peut pas être expliqué par les étoiles de la galaxie. Le consensus actuel est que les jets sont produits par une sorte de "moteurs, " noyaux galactiques. Bien que leur nature soit mal comprise, les chercheurs pensent qu'un trou noir en rotation pourrait alimenter une galaxie active.

Messier 87 dans la constellation de la Vierge est une galaxie active la plus proche de la Terre, et aussi le mieux étudié. Elle est régulièrement observée depuis 1781, quand il a été découvert pour la première fois comme une nébuleuse. Il a fallu un certain temps avant que les astronomes se rendent compte qu'il s'agissait d'une galaxie, et son jet optique, découvert en 1918, a été le premier à être observé.

La structure du jet Messier 87 a été minutieusement étudiée, avec ses vitesses de jet de plasma cartographiées et la température et la densité du nombre de particules près du jet mesurées. La limite du jet a été étudiée dans des détails si fins que les chercheurs ont découvert qu'elle était inhomogène sur toute sa longueur, changer sa forme de parabolique à conique. Découvert à l'origine comme un cas isolé, cet effet a été confirmé plus tard pour une douzaine d'autres galaxies, bien que M87 reste l'exemple le plus clair du phénomène.

La masse des observations permet de tester des hypothèses concernant la structure des galaxies actives, y compris la relation entre la rupture de la forme du jet et l'influence gravitationnelle du trou noir. Le comportement des jets et l'existence du trou noir supermassif sont les deux faces d'une même médaille :le premier peut s'expliquer par le second tandis que les modèles théoriques de trous noirs sont testés via des observations de jets.

Les astrophysiciens ont exploité le fait que la frontière du jet est constituée de segments de deux courbes distinctes et ont utilisé la distance entre le noyau et la cassure du jet, avec la largeur du jet, pour mesurer indirectement la masse et le spin du trou noir. À cette fin, Les scientifiques du MIPT ont développé une méthode qui combine un modèle théorique, calculs informatiques, et les observations au télescope.

Les chercheurs tentent de décrire le jet comme un écoulement de fluide magnétisé. Dans ce cas, la forme du jet est déterminée par le champ électromagnétique qu'il contient, qui dépend à son tour de divers facteurs, tels que la vitesse et la charge des particules de jet, le courant électrique dans le jet, et la vitesse à laquelle le trou noir s'accumule importe. Une interaction complexe entre ces caractéristiques et des phénomènes physiques donne lieu à la rupture observée.

Il existe un modèle théorique qui prédit la rupture, afin que l'équipe puisse déterminer quelle masse de trou noir entraîne le modèle reproduisant la forme observée du jet. Cela a fourni un nouveau modèle pour l'estimation de la masse des trous noirs, une nouvelle méthode de mesure, et une confirmation des hypothèses sous-jacentes au modèle théorique.

"La nouvelle méthode indépendante d'estimation de la masse et du spin du trou noir est le résultat clé de notre travail. Même si sa précision est comparable à celle des méthodes existantes, il a l'avantage de nous rapprocher de l'objectif final. À savoir, affiner les paramètres du « moteur » de base pour mieux comprendre sa nature, " dit Elena Nokhrina, l'auteur principal de l'article et directeur adjoint du laboratoire MIPT impliqué dans l'étude.