Le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée tourne si rapidement qu'il déforme l'espace-temps qui l'entoure en une forme qui peut ressembler à un ballon de football, selon une nouvelle étude utilisant les données de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et du National Science. Très grand réseau Karl G. Jansky (VLA) de la Fondation.
Les astronomes appellent ce trou noir géant Sagittaire A* (Sgr A* en abrégé), situé à environ 26 000 années-lumière de la Terre, au centre de notre galaxie.
Les trous noirs ont deux propriétés fondamentales :leur masse (son poids) et leur rotation (la vitesse à laquelle ils tournent). La détermination de l'une ou l'autre de ces deux valeurs en dit long aux scientifiques sur n'importe quel trou noir et comment il se comporte.
Une équipe de chercheurs a appliqué une nouvelle méthode qui utilise des données radiologiques et radiologiques pour déterminer la vitesse de rotation de Sgr A* en fonction de la manière dont la matière s'écoule vers et depuis le trou noir. Ils ont découvert que Sgr A* tourne avec une vitesse angulaire (le nombre de tours par seconde) qui représente environ 60 % de la valeur maximale possible, une limite fixée par le matériau qui ne peut pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière.
Dans le passé, différents astronomes ont fait plusieurs autres estimations de la vitesse de rotation de Sgr A* en utilisant différentes techniques, avec des résultats allant de Sgr A* ne tournant pas du tout à une rotation presque maximale.
"Nos travaux pourraient aider à résoudre la question de la vitesse de rotation du trou noir supermassif de notre galaxie", a déclaré Ruth Daly de la Penn State University, auteur principal de la nouvelle étude. "Nos résultats indiquent que Sgr A* tourne très rapidement, ce qui est intéressant et a des implications considérables."
Un trou noir en rotation attire « l’espace-temps » (la combinaison du temps et des trois dimensions de l’espace) et la matière proche pendant qu’il tourne. L’espace-temps autour du trou noir en rotation est également écrasé. En regardant un trou noir depuis le haut, le long du canon de tout jet qu’il produit, l’espace-temps est une forme circulaire. En regardant le trou noir en rotation de côté, cependant, l’espace-temps a la forme d’un ballon de football. Plus la rotation est rapide, plus le ballon est plat.
La rotation d’un trou noir peut constituer une source d’énergie importante. Les trous noirs supermassifs en rotation peuvent produire des flux collimatés, c'est-à-dire des faisceaux étroits de matière tels que des jets, lorsque leur énergie de rotation est extraite, ce qui nécessite qu'il y ait au moins un peu de matière à proximité du trou noir.
En raison du carburant limité autour de Sgr A*, ce trou noir a été relativement calme au cours des derniers millénaires avec des jets relativement faibles. Ce travail montre cependant que cela pourrait changer si la quantité de matière à proximité de Sgr A* augmente.
"Un trou noir en rotation est comme une fusée sur la rampe de lancement", a déclaré Biny Sebastian, co-auteur de l'Université du Manitoba à Winnipeg, au Canada. "Une fois que le matériel s'approche suffisamment, c'est comme si quelqu'un avait alimenté la fusée et appuyé sur le bouton 'lancement'."
Cela signifie qu'à l'avenir, si les propriétés de la matière et l'intensité du champ magnétique à proximité du trou noir changent, une partie de l'énorme énergie de rotation du trou noir pourrait générer des flux sortants plus puissants. Ce matériau source pourrait provenir de gaz ou des restes d'une étoile déchirée par la gravité du trou noir si cette étoile s'éloigne trop de Sgr A*.
"Les jets propulsés et collimatés par le trou noir central en rotation d'une galaxie peuvent profondément affecter l'approvisionnement en gaz d'une galaxie entière, ce qui affecte la rapidité et même la capacité des étoiles à se former", a déclaré la co-auteure Megan Donahue de la Michigan State University. "Les 'bulles de Fermi' observées dans les rayons X et les rayons gamma autour du trou noir de notre Voie lactée montrent que le trou noir était probablement actif dans le passé. Mesurer la rotation de notre trou noir est un test important de ce scénario."
Pour déterminer le spin de Sgr A*, les auteurs ont utilisé une méthode théorique empirique appelée « méthode d'écoulement » qui détaille la relation entre le spin du trou noir et sa masse, les propriétés de la matière à proximité du trou noir, et les propriétés de sortie.
Le flux collimaté produit les ondes radio, tandis que le disque de gaz entourant le trou noir est responsable de l'émission des rayons X. En utilisant cette méthode, les chercheurs ont combiné les données de Chandra et du VLA avec une estimation indépendante de la masse du trou noir provenant d'autres télescopes pour contraindre la rotation du trou noir.
"Nous avons une vision particulière de Sgr A* car c'est le trou noir supermassif le plus proche de nous", a déclaré le co-auteur Anan Lu de l'Université McGill de Montréal, Canada. "Même si c'est calme pour le moment, nos travaux montrent que dans le futur, cela donnera un coup de fouet incroyablement puissant à la matière environnante. Cela pourrait se produire dans mille ou un million d'années, ou cela pourrait se produire au cours de notre vie."
L'étude est publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. .
Plus d'informations : Ruth A Daly et al, Nouvelles valeurs de spin du trou noir pour Sagittarius A* obtenues avec la méthode de sortie, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2023). DOI : 10.1093/mnras/stad3228
Informations sur le journal : Avis mensuels de la Royal Astronomical Society
Fourni par Chandra X-ray Center
