Certains des trous noirs les plus massifs et les plus éloignés de l'univers émettent une énorme quantité de rayonnement extraordinairement énergétique appelé rayons gamma. Ce type de rayonnement se produit, par exemple, lorsque la masse est convertie en énergie lors des réactions de fission qui font fonctionner les réacteurs nucléaires sur Terre. Mais dans le cas des trous noirs, le rayonnement gamma est encore plus énergétique que celui produit dans les réacteurs nucléaires et est le produit de processus très différents; là, les rayons gamma sont créés par des collisions entre des rayons lumineux et des particules hautement énergétiques nées au voisinage des trous noirs au moyen de mécanismes encore mal connus.

À la suite de ces collisions entre la lumière et la matière, les particules énergétiques donnent presque toute leur impulsion aux rayons lumineux et les transforment en rayonnement gamma qui finit par atteindre la Terre.

La communauté scientifique astronomique soupçonne que ces collisions se produisent dans des régions imprégnées de puissants champs magnétiques soumis à des processus très variables, tels que la turbulence et les reconnexions magnétiques - des champs magnétiques qui fusionnent, libérant une quantité étonnante d'énergie, qui pourrait se produire dans les jets de matière expulsés par les trous noirs. Mais sonder ces champs magnétiques à des milliards d'années-lumière de la Terre nécessite des appareils très sensibles et de trouver le moment exact où l'émission de haute énergie a lieu.

C'est précisément ce que l'équipe de recherche dirigée par Iván Martí-Vidal, Chercheur CIDEGENT du Gouvernement Valencien à l'Observatoire Astronomique et au Département d'Astronomie de l'Université de Valence, et auteur principal de cet ouvrage, a réussi. Cette équipe a utilisé ALMA (Atacama Large Millimeter Array), le télescope le plus sensible au monde aux longueurs d'onde millimétriques, obtenir des informations précises sur les champs magnétiques d'un trou noir lointain, à un moment où les particules énergétiques produisaient une énorme quantité de rayonnement gamma.

Dans un article récemment publié dans Astronomie &Astrophysique , les scientifiques rapportent des observations du trou noir appelé PKS1830-211, situé à plus de 10 milliards d'années-lumière de la Terre. Ces observations démontrent que les champs magnétiques dans la région où sont produites les particules les plus énergétiques du jet du trou noir changeaient de structure notamment dans un intervalle de temps de quelques minutes seulement.

"Cela implique que les processus magnétiques sont originaires de régions très petites et turbulentes, comme le prédisent les principaux modèles de production de rayons gamma dans les trous noirs, qui relient la turbulence au rayonnement gamma, " explique Iván Martí-Vidal. " D'autre part, les changements que nous avons détectés ont eu lieu lors d'un épisode gamma très puissant, ce qui nous permet de les relier de manière robuste à l'émission à haute énergie. Tout cela nous rapproche un peu plus de la compréhension de l'origine du rayonnement le plus énergétique de l'univers, " il ajoute.

Interférométrie et nouveaux algorithmes

Pour analyser ces données, l'équipe de Martí-Vidal a utilisé une technique d'analyse avancée qui leur permet d'obtenir des informations sur des sources changeant rapidement à partir d'observations interférométriques, tels que ceux obtenus avec ALMA. « L'interférométrie nous donne le pouvoir d'observer l'univers avec un niveau de détail inégalé; en fait, c'est la technique sur laquelle repose également l'Event Horizon Telescope (EHT), qui a récemment obtenu la première image d'un trou noir, " dit Martí-Vidal. " Une partie de notre projet CIDEGENT est, En réalité, dédié au développement d'algorithmes comme celui que nous avons utilisé dans ces observations ALMA, mais applicable à des données beaucoup plus complexes comme celles de l'EHT, qui nous permettrait de reconstruire, dans un avenir proche, 'films' de trous noirs, au lieu de simples images, " dit l'astronome de l'Université de Valence.

Alexandre Mus, Chercheur prédoctoral CIDEGENT au Département UV d'Astronomie et co-auteur de l'article, développe sa thèse de doctorat dans ce domaine. « Au sein du projet EHT, de nombreux experts de plusieurs institutions travaillent contre la montre pour résoudre le problème de la variabilité rapide des sources, " dit Mus. " Pour le moment, l'algorithme que nous avons développé fonctionne avec les données d'ALMA et nous a déjà permis d'obtenir des informations clés sur l'évolution des champs magnétiques associés au PKS1830-211 à des échelles de quelques dizaines de minutes. Nous espérons pouvoir contribuer bientôt à l'EHT avec les algorithmes plus sophistiqués sur lesquels nous travaillons, " conclut-il.