Une équipe de chercheurs de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) a, pour la première fois, détecté une émission infrarouge constante des vents produits lors de l'éruption d'un trou noir dans un binaire de rayons X.

Jusqu'à maintenant, ces flux de matière n'avaient été détectés que dans d'autres gammes de longueurs d'onde, comme les rayons X ou dans le spectre visible, selon la phase dans laquelle le trou noir consomme sa matière environnante. Cette étude fournit la première preuve que les vents sont présents tout au long de l'évolution de l'éruption, indépendamment de la phase, représentant un pas en avant dans la compréhension des mystérieux processus d'accrétion sur les trous noirs de masse stellaire. L'article vient de paraître dans Astronomie et astrophysique .

binaires de rayons X, comme leur nom l'indique, sont des étoiles binaires qui émettent un fort rayonnement en rayons X. Ils sont formés par un objet compact, normalement un trou noir, avec un compagnon stellaire. Les binaires à rayons X de faible masse (LMXB) ont des compagnons avec des masses égales à, ou moins que la masse du soleil. Dans ces systèmes, les deux étoiles orbitent à une distance si petite qu'une partie de la masse de l'étoile tombe dans le puits gravitationnel du trou noir, formant un disque plat de matériau autour d'elle. Ce processus est appelé accrétion, et le disque est un disque d'accrétion.

Les binaires à rayons X transitoires sont ceux dans lesquels la quantité de masse s'accumulant sur le trou noir est initialement faible et sa luminosité est trop faible pour être détectée depuis la Terre, mais qui passent à des états éruptifs dans lesquels le taux d'accrétion du trou noir augmente et le matériau du disque s'échauffe, atteignant des valeurs comprises entre 1 million et 10 millions de degrés Kelvin. Lors de ces éruptions, qui peut durer de quelques semaines à plusieurs mois, le système émet un grand flux de rayons X, et son éclat augmente de plusieurs magnitudes.

Les astronomes ne connaissent toujours pas les processus physiques exacts qui se produisent lors de ces épisodes d'accrétion. "Ces systèmes sont des lieux où la matière est soumise à des champs gravitationnels parmi les plus puissants de l'univers, de sorte que les binaires X sont des laboratoires de physique que la nature nous fournit pour l'étude des objets compacts et du comportement de la matière qui les entoure, " explique Javier Sánchez Sierras, chercheur prédoctoral à l'IAC et premier auteur de l'article.

L'un des processus physiques les plus importants que les scientifiques doivent comprendre est les vents de matière éjectés lors des épisodes d'accrétion. Teo Muñoz Darias, une recherche IAC et co-auteur de l'article, dit, "L'étude des vents dans ces systèmes est une clé pour comprendre les processus d'accrétion, parce que les vents peuvent expulser encore plus de matière que n'en accumule le trou noir."

Même vent, différents états

L'article présente la découverte des vents du trou noir MAXI J1820+070 dans le domaine infrarouge lors d'une éruption qui a eu lieu en 2018-2019. Au cours des deux dernières décennies, des vents ont été observés en rayons X lors d'éruptions dites "douces" dans lesquelles le rayonnement émis par le disque d'accrétion est dominant, montrant une luminosité élevée. Plus récemment, le même groupe à l'IAC a découvert des vents aux longueurs d'onde visibles dans l'état dur d'accrétion, qui se caractérisent par l'apparition d'un jet sensiblement perpendiculaire au disque d'accrétion, et qui émet fortement aux longueurs d'onde radio.

Sánchez Sierras dit, « Dans la présente étude, nous avons montré la découverte de vents infrarouges qui sont présents à la fois pendant les états d'accrétion dur et doux pendant l'évolution complète de l'éruption, de sorte que leur présence ne dépend pas de l'état d'accrétion. C'est la première fois que ce type de vent est observé." Les chercheurs ont également démontré que les propriétés cinématiques du vent sont similaires à celles observées en 2019 dans le domaine visible, atteignant des vitesses allant jusqu'à 1800 km/s.

"Ces données suggèrent que le vent est le même dans les deux cas, mais sa visibilité change de longueur d'onde au cours de l'évolution de l'éruption, ce qui indiquerait que le système perd de la masse et du moment angulaire pendant le processus de l'éruption, " explique Muñoz Darias. Ces résultats sont significatifs car ils ajoutent un nouvel élément à l'image globale des vents dans ces systèmes, et représentent un pas vers l'objectif d'une compréhension complète des processus d'accrétion sur les trous noirs de masse stellaire.