Les points chauds encerclant le trou noir pourraient produire l'émission millimétrique quasi-périodique détectée avec ALMA. Crédit :Université Keio
Les astronomes utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont trouvé des scintillements quasi-périodiques dans les ondes millimétriques du centre de la Voie lactée, Sagittaire (Sgr) A*. L'équipe a interprété ces clignotements comme étant dus à la rotation des spots radio entourant le trou noir supermassif avec un rayon d'orbite plus petit que celui de Mercure. C'est un indice intéressant pour étudier l'espace-temps avec une extrême gravité.
"On sait que Sgr A* s'embrase parfois en longueur d'onde millimétrique, " raconte Yuhei Iwata, l'auteur principal de l'article publié dans le Lettres de revues astrophysiques et un étudiant diplômé à l'Université Keio, Japon. "Cette fois, en utilisant ALMA, nous avons obtenu des données de haute qualité sur la variation d'intensité des ondes radio de Sgr A* pendant 10 jours, 70 minutes par jour. Ensuite, nous avons trouvé deux tendances :des variations quasi-périodiques avec une échelle de temps typique de 30 minutes et des variations lentes d'une heure."
Les astronomes supposent qu'un trou noir supermassif d'une masse de 4 millions de soleils est situé au centre de Sgr A*. Des fusées éclairantes de Sgr A* ont été observées non seulement en longueur d'onde millimétrique, mais aussi en lumière infrarouge et en rayons X. Cependant, les variations détectées avec ALMA sont beaucoup plus faibles que celles précédemment détectées, et il est possible que ces niveaux de petites variations se produisent toujours dans Sgr A*.
Le trou noir lui-même ne produit aucune sorte d'émission. La source de l'émission est le disque gazeux brûlant autour du trou noir. Le gaz autour du trou noir ne va pas directement au puits gravitationnel, mais il tourne autour du trou noir pour former un disque d'accrétion.
La variation d'émission millimétrique de Sgr A* détectée avec ALMA. Les différents points de couleur montrent le flux à différentes fréquences (bleu :234,0 GHz, vert :219,5 GHz, rouge :217,5 GHz). Des variations avec une période d'environ 30 minutes sont visibles dans le diagramme. Crédit :Y. Iwata et al./Université Keio
L'équipe s'est concentrée sur des variations à courte échelle de temps et a constaté que la période de variation de 30 minutes est comparable à la période orbitale du bord le plus interne du disque d'accrétion avec un rayon de 0,2 unité astronomique (1 unité astronomique correspond à la distance entre la Terre et le Soleil :150 millions de kilomètres). En comparaison, Mercure, la planète la plus intime du système solaire, cercles autour du Soleil à une distance de 0,4 unité astronomique. Compte tenu de la masse colossale au centre du trou noir, son effet de gravité est également extrême dans le disque d'accrétion.
"Cette émission pourrait être liée à des phénomènes exotiques se produisant au voisinage même du trou noir supermassif, " dit Tomoharu Oka, professeur à l'Université Keio.
Leur scénario est le suivant. Des points chauds se forment sporadiquement dans le disque et tournent autour du trou noir, émettant de fortes ondes millimétriques. Selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, l'émission est largement amplifiée lorsque la source se déplace vers l'observateur avec une vitesse comparable à celle de la lumière. La vitesse de rotation du bord intérieur du disque d'accrétion est assez grande, donc cet effet extraordinaire se produit. Les astronomes pensent que c'est l'origine de la variation à court terme de l'émission millimétrique de Sgr A*.
L'équipe suppose que la variation pourrait affecter l'effort pour faire une image du trou noir supermassif avec le télescope Event Horizon. "En général, plus le mouvement est rapide, plus il est difficile de prendre une photo de l'objet, " dit Oka. " Au lieu de cela, la variation de l'émission elle-même fournit un aperçu convaincant du mouvement du gaz. Nous pouvons assister au moment même de l'absorption de gaz par le trou noir avec une campagne de surveillance à long terme avec ALMA. » Les chercheurs visent à extraire des informations indépendantes pour comprendre l'environnement mystifiant autour du trou noir supermassif.
