En 2018, alors que les télescopes du monde entier scrutaient la galaxie M87, située à 55 millions d’années-lumière, ils ont capturé un événement d’une rare intensité. Le trou noir supermassif M87* a a émis une gigantesque éruption gammaun éclair extrêmement lumineux et énergétique de rayons gamma, la forme de rayonnement électromagnétique la plus puissante.
Ces événements cosmiques sont généralement de courte durée, mais libèrent en quelques secondes une énergie colossale équivalente à celle que notre Soleil émettrait sur plusieurs milliards d’années.
Au coeur de la bête
Imaginons le trou noir supermassif comme un immense tourbillon cosmique. Autour d’elle gravite un disque de matière, semblable à un gigantesque anneau de gaz et de poussière. Cette matière, en tombant vers le trou noir, s’échauffe considérablement sous l’effet des forces de frottement – comparable au phénomène qui réchauffe nos mains lorsqu’on les frotte, mais à une échelle des milliards de fois plus grande. Cette chaleur intense fait briller le disque d’accrétion, créant l’anneau lumineux caractéristique observé sur la première image historique de M87* (voir ci-dessous).
Les champs magnétiques intenses, générés par la rotation du disque d’accrétion et du trou noir lui-même, jouent un rôle majeur dans la formation de jets relativistes, geysers cosmiques extrêmement puissants. Ces champs magnétiques, structurés en lignes de force, canalisent une partie du matériau surchauffé hors du disque, l’accélérant à des vitesses proches de celle de la lumière le long des lignes de champ qui s’étendent perpendiculairement au disque, formant ainsi deux jets de plasma collimatés.
L’anatomie d’une éruption du Titanic
L’éruption gamma observée en 2018 représente un événement d’une violence incroyable. Pour comprendre son ampleur, imaginons un volume spatial équivalent à 170 fois la distance Terre-Soleil – une région étonnamment compacte à l’échelle cosmique, à peine dix fois plus grande que le trou noir lui-même. C’est dans cet espace relativement restreint que cette explosion de puissance phénoménale.
Le mécanisme à l’origine de cette éruption peut être comparé à une collision cosmique : des « morceaux » de matière, tombant dans le jet de plasma, sont violemment accélérés. Cette accélération est si intense qu’elle génère une immense quantité de rayons gamma. L’énergie libérée par une telle éruption est des milliards, voire des milliards de fois, supérieure à celle d’une bombe nucléaire moderne.
« Curieusement, les variations intenses détectées dans les rayons gamma n’apparaissent pas dans d’autres longueurs d’onde, ce qui suggère que la zone d’éruption est structurée de manière complexe et se comporte différemment selon le type d’observation. » note Daniel Mazin, de l’Université de Tokyo. En d’autres termes, la zone d’éruption se comporte comme un vrai caméléonapparence changeante en fonction du type de lumière utilisée pour l’observer.
Un laboratoire de physique fondamentale cosmique
L’observation simultanée de l’éruption gamma et des changements dans l’anneau lumineux autour du trou noir offre une opportunité unique étudier les lois de la physique dans des conditions extrêmes. Sera Markoff, de l’Université d’Amsterdam, explique : « Pour la toute première fois, il est possible de combiner des images directes de zones proches de l’horizon des événements avec des éruptions gamma provenant de l’accélération de particules, permettant ainsi de tester les théories sur l’origine de ces éruptions. »
En observant directement les interactions entre matière et gravité, les scientifiques peuvent donc vérifier si les prédictions d’Einstein sont toujours valables. Ces événements cataclysmiques, rares et encore en partie mystérieux, peuvent également être mieux compris grâce à la combinaison d’images directes et d’observations gamma. Les jets relativistes mentionnés précédemment sont d’extraordinaires accélérateurs de particules naturels. En étudiant ces phénomènes, les scientifiques pourraient découvrir de nouveaux mécanismes d’accélération, avec des applications potentielles en physique des particules.
Observations de l’explosion du M87* approfondit considérablement notre compréhension phénomènes de haute énergie autour des trous noirs supermassifs. L’analyse des données collectées lors de cette éruption gamma exceptionnelle met en évidence la richesse des processus physiques à l’œuvre dans ces régions de l’espace--. où les lois de la physique atteignent leurs limites théoriques. Ceux-ci alimenteront sans aucun doute de nouveaux modèles théoriques pour décrire le comportement de la matière et de l’énergie dans ces environnements extrêmes et nous aideront peut-être à répondre plus précisément à cette question fondamentale : d’où venons-nous et d’où vient notre Univers ? ?
- En 2018, une éruption gamma d’une intensité exceptionnelle a été observée à proximité du trou noir M87*, libérant une énergie colossale dans un espace compact.
- Cette explosion, provoquée par l’accélération de particules dans des jets de plasma, constitue une occasion unique d’étudier les interactions entre matière et gravité.
- Les découvertes autour de M87* permettent de tester les lois fondamentales de la physique dans des conditions extrêmes.
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