Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l’Université d’Oxford en physique a prouvé qu’Einstein avait raison sur une prédiction clé concernant les trous noirs. En utilisant des données de rayons X pour tester la théorie de la gravité d’Einstein, leur étude fournit la première preuve observationnelle qu’il existe une « région plongeante » autour des trous noirs : une zone où la matière cesse de tourner autour du trou et tombe directement dedans. que cette région exerce certaines des forces gravitationnelles les plus fortes jamais identifiées dans la galaxie. Les résultats ont été publiés dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Les nouvelles découvertes font partie d’une vaste enquête menée par des astrophysiciens de l’Université d’Oxford sur les mystères exceptionnels autour des trous noirs. Cette étude s’est concentrée sur des trous noirs plus petits relativement proches de la Terre, en utilisant des données de rayons X recueillies à partir des télescopes spatiaux Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) et Neutron star Interior Composition Explorer (NICER). Plus tard cette année, une deuxième équipe d’Oxford espère se rapprocher de l’enregistrement des premières vidéos de trous noirs plus grands et plus éloignés dans le cadre d’une initiative européenne.
Contrairement à la théorie de la gravité de Newton, la théorie d’Einstein affirme qu’à une distance suffisamment proche d’un trou noir, il est impossible pour les particules de suivre en toute sécurité des orbites circulaires. Au lieu de cela, ils « plongent » rapidement vers le trou noir à une vitesse proche de celle de la lumière. L’étude d’Oxford a évalué cette région en profondeur pour la première fois, en utilisant des données de rayons X pour mieux comprendre la force générée par les trous noirs.
« C’est la première fois que l’on voit comment le plasma, décollé du bord extérieur d’une étoile, subit sa chute finale au centre d’un trou noir, un processus se déroulant dans un système situé à environ dix mille années-lumière », a déclaré le Dr Andrew Mummery. , de l’Université d’Oxford, qui a dirigé l’étude. « Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il existe de nombreux trous noirs dans la galaxie, et nous disposons désormais d’une nouvelle technique puissante pour les utiliser afin d’étudier les champs gravitationnels les plus puissants connus. »
« La théorie d’Einstein prédisait que cette chute finale existerait, mais c’est la première fois que nous sommes en mesure de démontrer que cela se produit », a poursuivi le Dr Mummery. « Pensez-y comme à une rivière qui se transforme en cascade : jusqu’à présent, nous avons regardé la rivière. C’est notre première vue de la cascade. »
« Nous pensons que cela représente un nouveau développement passionnant dans l’étude des trous noirs, nous permettant d’étudier cette dernière zone autour d’eux. Ce n’est qu’alors que nous pourrons pleinement comprendre la force gravitationnelle », a ajouté Mummery. « Cette plongée finale du plasma se produit tout au bord d’un trou noir et montre la matière réagissant à la gravité sous sa forme la plus forte possible. »
Les astrophysiciens tentent depuis un certain temps de comprendre ce qui se passe à proximité de la surface du trou noir et y parviennent en étudiant les disques de matière en orbite autour d’eux. Il existe une dernière région de l’espace-temps, connue sous le nom de région de plongée, où il est impossible d’arrêter une descente finale dans le trou noir et où le fluide environnant est effectivement condamné.
Un débat entre astrophysiciens dure depuis de nombreuses décennies sur la question de savoir si la région dite de plongée serait détectable. L’équipe d’Oxford a passé les deux dernières années à développer des modèles et, dans l’étude qui vient de paraître, démontre sa première détection confirmée obtenue à l’aide de télescopes à rayons X et de données de la Station spatiale internationale.
Alors que cette étude se concentre sur les petits trous noirs plus proches de la Terre, une deuxième équipe d’étude de l’Université d’Oxford Physics fait partie d’une initiative européenne visant à construire un nouveau télescope, l’Africa Millimeter Telescope, qui améliorerait considérablement notre capacité à réaliser des images directes de trous noirs. . Plus de 10 millions d’euros de financement ont déjà été obtenus, dont une partie servira à soutenir plusieurs premiers doctorats en astrophysique de l’Université de Namibie, en étroite collaboration avec l’équipe de l’Université de physique d’Oxford.
Le nouveau télescope devrait permettre pour la première fois d’observer et de filmer de grands trous noirs au centre de notre propre galaxie, ainsi que bien au-delà. Comme pour les petits trous noirs, les grands trous noirs devraient avoir ce qu’on appelle un « horizon des événements », entraînant la matière de l’espace vers leur centre en spirale pendant que le trou noir tourne. Celles-ci représentent des sources d’énergie presque inimaginables et l’équipe espère les observer – et les filmer – en rotation pour la première fois.
L’étude « Émission continue depuis l’intérieur de la région plongeante des disques de trous noirs » a été publiée dans les Avis mensuels de la Société Astronomique.
Plus d’information:
Andrew Mummery et al, Émission continue depuis l’intérieur de la région plongeante des disques de trous noirs, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). DOI : 10.1093/mnras/stae1160