Crédit :Rayons X :NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz et coll.; Optique/IR :Pan-STARRS
Cette image présente un ensemble spectaculaire d'anneaux autour d'un trou noir, capturé à l'aide de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et de l'observatoire Neil Gehrels Swift. Les images aux rayons X des anneaux géants révèlent des informations sur la poussière située dans notre galaxie, utilisant un principe similaire aux radiographies effectuées dans les cabinets médicaux et les aéroports.
Le trou noir fait partie d'un système binaire appelé V404 Cygni, situé à environ 7, 800 années-lumière de la Terre. Le trou noir tire activement de la matière d'une étoile compagne - avec environ la moitié de la masse du Soleil - dans un disque autour de l'objet invisible. Ce matériau brille aux rayons X, les astronomes appellent donc ces systèmes des "binaires à rayons X".
Le 5 juin, 2015, Swift a découvert une rafale de rayons X de V404 Cygni. Le sursaut a créé les anneaux à haute énergie à partir d'un phénomène connu sous le nom d'échos lumineux. Au lieu d'ondes sonores rebondissant sur la paroi d'un canyon, les échos lumineux autour de V404 Cygni ont été produits lorsqu'une rafale de rayons X du système de trou noir a rebondi sur des nuages de poussière entre V404 Cygni et la Terre. La poussière cosmique n'est pas comme la poussière domestique mais plutôt comme de la fumée, et se compose de minuscules, des particules solides.
Dans cette image composite, Les rayons X de Chandra (bleu clair) ont été combinés avec des données optiques du télescope Pan-STARRS à Hawaï qui montrent les étoiles dans le champ de vision. L'image contient huit anneaux concentriques distincts. Chaque anneau est créé par les rayons X des éruptions V404 Cygni observées en 2015 qui se reflètent sur différents nuages de poussière. (Une illustration d'artiste explique comment les bagues vues par Chandra et Swift ont été produites. Pour simplifier le graphique, l'illustration ne montre que quatre anneaux au lieu de huit.)
Une équipe de chercheurs dirigée par Sebastian Heinz de l'Université du Wisconsin à Madison a analysé 50 observations Swift du système effectuées en 2015 entre le 30 juin et le 25 août. et Chandra observations faites les 11 et 25 juillet, 2015. C'était un événement si brillant que les opérateurs de Chandra ont délibérément placé V404 Cygni entre les détecteurs afin qu'un autre éclat lumineux n'endommage pas l'instrument.
Les anneaux renseignent les astronomes non seulement sur le comportement du trou noir, mais aussi sur le paysage entre V404 Cygni et la Terre. Par exemple, le diamètre des anneaux dans les rayons X révèle les distances aux nuages de poussière intermédiaires que la lumière a ricoché. Si le nuage est plus proche de la Terre, l'anneau semble être plus grand, et vice versa. Les échos lumineux apparaissent sous forme d'anneaux étroits plutôt que d'anneaux larges ou de halos parce que le sursaut de rayons X n'a duré qu'une période de temps relativement courte.
Les chercheurs ont également utilisé les anneaux pour sonder les propriétés des nuages de poussière eux-mêmes. Ils ont comparé les spectres de rayons X, c'est-à-dire la luminosité des rayons X sur une gamme de longueurs d'onde - jusqu'à des modèles informatiques de poussière avec différentes compositions. Différentes compositions de poussière entraîneront l'absorption de différentes quantités de rayons X de plus faible énergie et l'impossibilité de les détecter avec Chandra. C'est un principe similaire à la façon dont différentes parties de notre corps ou nos bagages absorbent différentes quantités de rayons X, donnant des informations sur leur structure et leur composition.
L'équipe a déterminé que la poussière contient très probablement des mélanges de grains de graphite et de silicate. En outre, en analysant les bagues intérieures avec Chandra, ils ont constaté que les densités des nuages de poussière ne sont pas uniformes dans toutes les directions. Des études antérieures ont supposé que ce n'était pas le cas.
L'illustration de cet artiste montre en détail comment la structure annelée vue par Chandra et Swift est produite. Chaque anneau est causé par des rayons X rebondissant sur différents nuages de poussière. Si le nuage est plus proche de nous, l'anneau semble être plus grand. Le résultat est un ensemble d'anneaux concentriques avec différentes tailles apparentes selon la distance du nuage intermédiaire de nous. Crédit :Univ. de Wisconsin-Madison/S.Heinz
Un article décrivant les résultats du V404 Cygni a été publié le 1er juillet. 2016, numéro de The Astrophysical Journal (preprint). Les auteurs de l'étude sont Sebastian Heinz, Lia Corrales (Université du Michigan); Randall Smith (Centre d'astrophysique | Harvard &Smithsonian); Niel Brandt (Université d'État de Pennsylvanie); Peter Jonker (Institut néerlandais de recherche spatiale); Richard Plotkin (Université du Nevada, Réno); et Joey Neilson (Université Villanova).
Ce résultat est lié à une découverte similaire du binaire à rayons X Circinus X-1, qui contient une étoile à neutrons plutôt qu'un trou noir, publié dans un article du 20 juin 2015, numéro de La Journal d'astrophysique , titré, "Le Seigneur des Anneaux:Une Distance Cinématique au Circinus X-1 à partir d'un Écho de Lumière à Rayons X Géant" (preprint). Cette étude a également été dirigée par Sebastian Heinz.
Il y a eu plusieurs articles publiés chaque année, rapportant des études sur l'explosion de V404 Cygni en 2015 qui a causé ces anneaux. Des explosions antérieures ont été enregistrées en 1938, 1956 et 1989, les astronomes peuvent donc avoir encore de nombreuses années pour continuer à analyser celui de 2015.
