Les trous noirs, ces objets célestes mystérieux, sont connus pour leur capacité à engloutir tout ce qui se trouve à proximité. Cependant, une équipe de chercheurs de Princeton a découvert que ces géants de l’espace peuvent également libérer de l’énergie. Plongeons dans cette découverte fascinante.
Une énergie qui défie les lois de la physique
Contrairement à l’idée reçue que les trous noirs absorbent tout, la théorie de la relativité d’Einstein prédit qu’ils peuvent en réalité perdre de l’énergie. « Ils peuvent tourner, et tout comme une toupie ralentit avec le temps et perd de l’énergie dans sa rotation, un trou noir en rotation peut également perdre de l’énergie dans son environnement », explique l’astrophysicien Eliot Quataert, professeur d’astronomie à Princeton.
Ce modèle est largement accepté depuis les années 1970. Les scientifiques savaient que les champs magnétiques extrayaient probablement de l’énergie des trous noirs en rotation, mais ils ne savaient pas comment.
Une découverte majeure
Une équipe d’astrophysiciens de Princeton a maintenant déterminé de manière concluante que l’énergie proche de l’horizon des événements du trou noir M87* est poussée vers l’extérieur, et non vers l’intérieur. Les chercheurs ont également créé un moyen de tester la prédiction selon laquelle les trous noirs perdent de l’énergie rotationnelle, et d’établir que c’est cette énergie qui produit «les jets de sortie incroyablement puissants que nous voyons».
Ces jets de sortie d’énergie « sont essentiellement comme des sabres laser Jedi de plusieurs millions d’années-lumière de long », a déclaré l’ancien postdoctorant de Princeton, Alexandru Lupsasca, et ils peuvent s’étendre 10 fois plus longtemps que la galaxie de la Voie lactée.
Pour tester le lien entre les images de trous noirs et le flux d’énergie autour des trous noirs, l’équipe a utilisé à la fois des modèles simples d’un anneau de gaz incandescent (à gauche) et des simulations complètes en 3D sur superordinateur (à droite). En vérifiant que la connexion entre la spirale de polarisation dans les images persistait dans les deux cas, ils ont établi qu’elle pouvait potentiellement être utilisée avec des images réelles de trous noirs provenant du télescope Event Horizon (EHT) pour vérifier si les champs magnétiques extraient de l’énergie et font tourner le trou noir vers le bas.
Images d’Andrew Chael, George Wong, Alexandru Lupsasca et Eliot Quataert, Princeton Gravity Initiative.
2 – Simulation 3D de M87* par un superordinateur
En synthèse
Les résultats de leur travail révèlent une nouvelle facette des trous noirs. Ces objets célestes, loin d’être de simples aspirateurs cosmiques, sont en réalité capables de libérer des quantités d’énergie phénoménales. Cette découverte pourrait avoir des implications majeures pour notre compréhension de l’univers et ouvrir de nouvelles voies de recherche en astrophysique.
Alors que l’énergie proche de l’horizon des événements de M87* est projetée vers l’extérieur, l’équipe a déclaré que le flux d’énergie pourrait théoriquement aller vers l’intérieur dans un autre trou noir. Ils sont confiants dans leur lien entre le flux d’énergie et la direction des lignes de champ magnétique, et leur prédiction que le flux d’énergie provient du trou noir sera testée avec le lancement du «next generation» Event Horizon Telescope.
Les chercheurs ont souligné dans leur article qu’ils n’ont pas démontré de manière concluante que la rotation du trou noir « alimente réellement le jet extragalactique », bien que les preuves penchent certainement dans cette direction.
Même si les niveaux d’énergie que leur modèle montre sont commensurables avec ce dont les jets ont besoin, ils n’ont pas pu exclure la possibilité que le jet pourrait être alimenté par du plasma en rotation à l’extérieur du trou noir. « Je pense qu’il est extrêmement probable que le trou noir alimente le jet, mais nous ne pouvons pas le prouver », a conclu Alexandru Lupsasca. « Pas encore ».
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un trou noir ?
Un trou noir est un objet céleste qui a une gravité si forte que rien ne peut s’en échapper, pas même la lumière.
Comment un trou noir peut-il perdre de l’énergie ?
Un trou noir en rotation peut perdre de l’énergie dans son environnement, un phénomène prédit par la théorie de la relativité d’Einstein.
Qu’est-ce que le trou noir M87* ?
M87* est le trou noir situé au centre de la galaxie Messier 87. Il a été observé pour la première fois en 2019.
Qu’est-ce qu’un jet de sortie d’énergie ?
Un jet de sortie d’énergie est un flux d’énergie qui est éjecté d’un trou noir. Ces jets peuvent s’étendre sur des distances beaucoup plus grandes que la taille de la galaxie hôte.
Qu’est-ce que l’Event Horizon Telescope ?
L’Event Horizon Telescope est un réseau mondial de radiotélescopes qui a pour objectif d’observer directement l’environnement immédiat d’un trou noir.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Les trous noirs peuvent perdre de l’énergie |
| L’énergie proche de l’horizon des événements du trou noir M87* est poussée vers l’extérieur |
| Les jets de sortie d’énergie peuvent s’étendre 10 fois plus longtemps que la Voie lactée |
| Les champs magnétiques extraient probablement de l’énergie des trous noirs en rotation |
| Le flux d’énergie pourrait théoriquement aller vers l’intérieur dans un autre trou noir |
| Le lien entre le flux d’énergie et la direction des lignes de champ magnétique a été établi |
| Le flux d’énergie provient du trou noir |
| Le « next generation » Event Horizon Telescope testera ces prédictions |
| Le jet pourrait être alimenté par du plasma en rotation à l’extérieur du trou noir |
| Il est probable que le trou noir alimente le jet |
Références
Chael, A., Lupsasca, A., Wong, G. N., & Quataert, E. (2023). A Signature of Electromagnetic Energy Extraction in Polarized Black Hole Images. The Astrophysical Journal. https://doi.org/10.3847/1538-4357/acf92d
« A Signature of Electromagnetic Energy Extraction in Polarized Black Hole Images, » by Andrew Chael, Alexandru Lupsasca, George N. Wong, and Eliot Quataert appears in the current issue of The Astrophysical Journal (DOI: 10.3847/1538-4357/acf92d).
Légende illustration principale :
Le trou noir M87* (l’astérisque désigne le trou noir au centre de la galaxie M87) a attiré l’attention du monde entier lorsqu’il a été détecté pour la première fois par le télescope Event Horizon. Depuis, les astrophysiciens de Princeton ont découvert que la torsion du champ magnétique autour d’un trou noir détermine la spirale de polarisation caractéristique observée sur les images des trous noirs. En particulier, la direction du flux d’énergie (du trou vers le champ ou vice versa) détermine la façon dont la polarisation se tord. En mesurant la direction de la spirale de polarisation, on peut déduire si le champ magnétique extrait de l’énergie de spin du trou ou y pompe de l’énergie de spin.
Modèle d’Andrew Chael, George Wong, Alexandru Lupsasca et Eliot Quataert, Princeton Gravity Initiative.
