Les électrons rayonnants sont accélérés par reconnexion magnétique dans les jets de trous noirs, probablement provoquée par des « éruptions magnétiques » dans le disque d'accrétion. L'étude a été publiée dans Science Advances .

Les trous noirs sont des corps célestes extraordinairement particuliers dans l'univers, possédant une force gravitationnelle extrêmement puissante à laquelle même la lumière ne peut s'échapper dans leur rayon, connu sous le nom d'horizon des événements.

Cependant, il y a plus d'un siècle, des observations ont révélé que juste au-delà de l'horizon des événements du trou noir, à une distance très proche, le trou noir pouvait émettre de puissants flux de matière et d'énergie à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, appelées jets. Les images capturées par les télescopes montrent ces jets tirant droit vers l'extérieur, un peu comme un faisceau laser, s'étendant sur de grandes distances, la longueur de certains jets dépassant même l'échelle des galaxies.

La façon dont se forment ces jets énigmatiques est une question étudiée depuis plus d’un siècle par de nombreux chercheurs, dont le lauréat du prix Nobel Sir Roger Penrose. Actuellement, il existe principalement deux modèles dans ce domaine de recherche. L’une consiste à extraire l’énergie de rotation du trou noir à partir de champs magnétiques à grande échelle, connue sous le nom de modèle « d’extraction de l’énergie de rotation du trou noir ». L'autre s'appuie également sur des champs magnétiques à grande échelle, mais contrairement au premier, il implique l'extraction de l'énergie de rotation du disque d'accrétion, appelé modèle « d'extraction de l'énergie de rotation du disque d'accrétion ».

Les astronomes tentent de s’intéresser uniquement à la source d’énergie des jets. Les jets produits par ces deux modèles peuvent-ils correspondre aux résultats d’observation concernant la morphologie, la largeur, le champ de vitesse et la polarisation des jets ? Lequel des deux modèles de mécanisme de formation de ces jets est correct ? L'équipe dirigée par le Dr Yuan Feng a répondu à ces deux questions.

L’équipe a utilisé comme exemple les jets du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87. Ce trou noir supermassif est connu comme « l’étoile » de la toute première image d’un trou noir capturée par le télescope Event Horizon (EHT). L'équipe a utilisé des méthodes de simulation numérique à grande échelle pour résoudre les équations de la magnétohydrodynamique relativiste générale et a obtenu le flux d'accrétion autour du trou noir et les jets produits par les deux modèles mentionnés ci-dessus.

Pour calculer le rayonnement des jets et le comparer aux observations, le spectre énergétique et la répartition spatiale des électrons rayonnants sont cruciaux. L'équipe a émis l'hypothèse que l'accélération des électrons se produisait grâce au mécanisme de « reconnexion magnétique » dans les jets. Il a examiné les mécanismes physiques de la reconnexion magnétique accélérant les électrons et a combiné les résultats d’études sur l’accélération des particules en utilisant la théorie cinétique pour résoudre une équation de distribution d’énergie électronique en régime permanent. Il a obtenu les spectres d'énergie et les densités numériques des électrons dans différentes régions des jets.

En les combinant avec les résultats de simulations numériques de l'accrétion, notamment l'intensité du champ magnétique, la température et la vitesse du plasma gazeux, l'équipe a obtenu divers résultats d'observation prédits en calculant le transfert de rayonnement dans le cadre de la relativité générale, qui ont pu être comparés à des observations réelles. P>

Les résultats ont montré que la morphologie des jets prédite par le modèle « extraction de l'énergie de rotation du trou noir » correspondait très bien à la morphologie observée des jets, et d'autres prédictions de ce modèle telles que « l'éclaircissement des membres » des jets, la largeur du jet , la longueur et le champ de vitesse correspondaient également très bien aux observations. En revanche, les prédictions du modèle « extraction de l'énergie de rotation du disque d'accrétion » n'étaient pas cohérentes avec les observations.

En outre, l'équipe a analysé le mécanisme physique de la reconnexion magnétique et a découvert que ce mécanisme est dû aux « éruptions magnétiques » générées par les champs magnétiques dans le disque d'accrétion du trou noir M87. Ces éruptions peuvent provoquer de fortes perturbations du champ magnétique, qui peuvent se propager sur de longues distances, entraînant une reconnexion magnétique dans les jets.

Ce travail comble le fossé entre le modèle dynamique de formation des jets et diverses propriétés d'observation des jets, fournissant la première preuve que ce modèle dynamique bien connu aborde les problèmes énergétiques des jets et explique d'autres résultats d'observation divers.