En regardant les rayons X projetés dans l'univers par le trou noir supermassif au centre d'une galaxie distante de 800 millions d'années-lumière, L'astrophysicien de l'Université de Stanford, Dan Wilkins, a remarqué une tendance intrigante. Il a observé une série d'éruptions lumineuses de rayons X—excitantes, mais pas sans précédent - et puis, les télescopes ont enregistré quelque chose d'inattendu :des flashs supplémentaires de rayons X plus petits, plus tard et de différentes "couleurs" que les fusées éclairantes.

Selon la théorie, ces échos lumineux étaient cohérents avec les rayons X réfléchis par derrière le trou noir, mais même une compréhension basique des trous noirs nous dit que c'est un endroit étrange pour la lumière.

"Toute lumière qui entre dans ce trou noir n'en sort pas, donc nous ne devrions pas être en mesure de voir quoi que ce soit derrière le trou noir, " dit Wilkins, qui est chercheur au Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology à Stanford et au SLAC National Accelerator Laboratory. C'est une autre caractéristique étrange du trou noir, cependant, qui rend cette observation possible. "La raison pour laquelle nous pouvons le voir est que ce trou noir déforme l'espace, courber la lumière et tordre les champs magnétiques autour d'elle-même, " expliqua Wilkins.

L'étrange découverte, détaillé dans un article publié le 28 juillet dans La nature , est la première observation directe de la lumière derrière un trou noir - un scénario qui a été prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein mais jamais confirmé, jusqu'à maintenant.

« Il y a cinquante ans, quand les astrophysiciens commencent à spéculer sur le comportement du champ magnétique à proximité d'un trou noir, ils n'avaient aucune idée qu'un jour nous pourrions avoir les techniques pour observer cela directement et voir la théorie de la relativité générale d'Einstein en action, " a déclaré Roger Blandford, un co-auteur de l'article qui est le professeur Luke Blossom à la School of Humanities and Sciences et Stanford et SLAC professeur de physique et de physique des particules.

Comment voir un trou noir

La motivation initiale de cette recherche était d'en savoir plus sur une caractéristique mystérieuse de certains trous noirs, appelé une couronne. La matière tombant dans un trou noir supermassif alimente les sources de lumière continues les plus brillantes de l'univers, et comme il le fait, forme une couronne autour du trou noir. Cette lumière, qui est la lumière des rayons X, peut être analysée pour cartographier et caractériser un trou noir.

La principale théorie sur ce qu'est une couronne commence par le glissement du gaz dans le trou noir où il surchauffe à des millions de degrés. A cette température, électrons séparés des atomes, créer un plasma magnétisé. Pris dans le tourbillon puissant du trou noir, le champ magnétique s'étend si haut au-dessus du trou noir, et tourne tellement sur lui-même, qu'il finit par se briser complètement – ​​une situation qui rappelle tellement ce qui se passe autour de notre propre Soleil qu'il a emprunté le nom de « couronne ».

"Ce champ magnétique qui s'attache puis se rapproche du trou noir chauffe tout ce qui l'entoure et produit ces électrons de haute énergie qui vont ensuite produire les rayons X, " dit Wilkins.

Alors que Wilkins examinait de plus près l'origine des fusées éclairantes, il a vu une série d'éclairs plus petits. Ces, les chercheurs ont déterminé, sont les mêmes éruptions de rayons X mais réfléchies par l'arrière du disque - un premier aperçu de l'autre côté d'un trou noir.

« Je construis depuis quelques années des prédictions théoriques sur la façon dont ces échos nous apparaissent, " dit Wilkins. " Je les avais déjà vus dans la théorie que j'ai développée, donc une fois que je les ai vus dans les observations du télescope, Je pourrais comprendre le lien."

Observations futures

La mission de caractériser et comprendre les couronnes se poursuit et nécessitera davantage d'observations. Une partie de cet avenir sera l'observatoire à rayons X de l'Agence spatiale européenne, Athena (télescope avancé pour l'astrophysique à haute énergie). En tant que membre du laboratoire de Steve Allen, professeur de physique à Stanford et de physique des particules et d'astrophysique au SLAC, Wilkins participe au développement d'une partie du détecteur Wide Field Imager pour Athena.

"Il a un miroir beaucoup plus grand que celui que nous ayons jamais eu sur un télescope à rayons X et il va nous permettre d'obtenir des images à plus haute résolution dans des temps d'observation beaucoup plus courts, " dit Wilkins. " Alors, l'image que nous commençons à obtenir à partir des données en ce moment va devenir beaucoup plus claire avec ces nouveaux observatoires."

Les co-auteurs de cette recherche sont de l'Université Saint Mary's (Canada), Institut néerlandais de recherche spatiale (SRON), Université d'Amsterdam et l'Université d'État de Pennsylvanie.