Des chercheurs de la Michigan State University ont fait des découvertes révolutionnaires sur le trou noir supermassif au centre de notre galaxie, la Voie lactée. Ces résultats, basés sur les données du télescope à rayons X NuSTAR de la NASA, ont été présentés au 244e réunion de l’American Astronomical Society (AAS), le 11 juin.
Les trous noirs sont notoirement difficiles à étudier, en partie parce que même la lumière ne peut échapper à leur immense gravité. Les chercheurs déduisent généralement leurs propriétés en observant leur influence gravitationnelle sur les étoiles proches, les émissions des nuages de gaz environnants et d’autres phénomènes similaires.
Grace Sanger-Johnson et Jack Uteg, dirigés par Shuo Zhang, professeur adjoint au Département de physique et d’astronomie, ont trouvé des moyens innovants de faire la lumière sur ces énigmes cosmiques en utilisant des décennies de données de rayons X provenant de télescopes spatiaux.
« Les contributions de Grace et Jack sont une source d’immense fierté », a déclaré Zhang. « Leur travail illustre l’engagement de MSU en faveur de la recherche pionnière et de la promotion de la prochaine génération d’astronomes. Cette recherche est un excellent exemple de la manière dont les scientifiques de MSU dévoilent les secrets de l’univers, nous rapprochant ainsi de la compréhension de la nature des trous noirs et de l’environnement dynamique au cœur. de notre galaxie. »
Feux d’artifice galactiques
Sanger-Johnson, chercheur post-baccalauréat, a analysé 10 ans de données à la recherche d’éruptions de rayons X provenant du Sagittaire A*, ou Sgr A*, le trou noir central de la Voie lactée. Ce faisant, elle a découvert neuf fusées éclairantes qui étaient passées inaperçues.
Ces éruptions sont des éclats spectaculaires de lumière à haute énergie qui offrent une occasion unique d’étudier l’environnement immédiat autour du trou noir, une région généralement invisible en raison de son incroyable gravité. Sgr A* est le trou noir supermassif le plus proche et le moins actif de la Terre et, par conséquent, les données de Sgr A* et de ses éruptions constituent l’un des seuls moyens actuellement connus pour étudier l’environnement physique d’un trou noir.
« Nous sommes assis au premier rang pour observer ces feux d’artifice cosmiques uniques au centre de notre propre galaxie, la Voie lactée », a déclaré Zhang, conseiller de Sanger-Johnson.
« Les fusées éclairantes et les feux d’artifice illuminent l’obscurité et nous aident à observer des choses que nous ne pourrions normalement pas observer. C’est pourquoi les astronomes doivent savoir quand et où ces éruptions se produisent, afin de pouvoir étudier l’environnement du trou noir en utilisant cette lumière. »
Sanger-Johnson a méticuleusement passé au crible une décennie de données sur les rayons X collectées de 2015 à 2024 par NuSTAR, ou le Nuclear Spectroscopique Telescope Array, l’un des télescopes spatiaux à rayons X de la NASA. Chacune des neuf éruptions nouvellement découvertes fournit des données inestimables pour comprendre l’environnement et les activités du trou noir, a indiqué l’équipe.
« Nous espérons qu’en constituant cette banque de données sur les éruptions Sgr A*, nous et d’autres astronomes pourrons analyser les propriétés de ces éruptions de rayons X et en déduire les conditions physiques à l’intérieur de l’environnement extrême du trou noir supermassif », a déclaré Sanger-Johnson. dit.
« Échos » d’un trou noir
Tandis que Sanger-Johnson se concentrait sur les brillantes éruptions de Sgr A*, Uteg, chercheur de premier cycle au MSU Honors College, examinait l’activité du trou noir en utilisant une technique proche de l’écoute des échos. L’Uteg a analysé près de 20 ans de données ciblant un nuage moléculaire géant connu sous le nom de « le pont » près de Sgr A*.
« Contrairement aux étoiles, ces nuages de gaz et de poussière dans l’espace interstellaire ne génèrent pas leurs propres rayons X », a déclaré Uteg. Ainsi, lorsque les télescopes à rayons X ont commencé à capter les photons du pont, les astronomes ont commencé à émettre des hypothèses sur la source.
« La luminosité que nous voyons est très probablement la réflexion retardée d’explosions de rayons X passées de Sgr A* », a déclaré Uteg. « Nous avons d’abord observé une augmentation de la luminosité vers 2008. Ensuite, au cours des 12 années suivantes, les signaux de rayons X du pont ont continué à augmenter jusqu’à atteindre leur luminosité maximale en 2020. »
Cet « écho » lumineux du trou noir a voyagé pendant des centaines d’années depuis Sgr A* jusqu’au nuage moléculaire, puis a parcouru encore environ 26 000 ans avant d’atteindre la Terre.
En analysant cet écho de rayons X, Uteg a commencé à reconstruire une chronologie de l’activité passée de notre trou noir, offrant des informations qui ne seraient pas possibles par la seule observation directe. L’analyse d’Uteg a utilisé les données de NuSTAR ainsi que de l’observatoire spatial Newton à rayons X de l’Agence spatiale européenne, ou XMM.
« L’une des principales raisons pour lesquelles nous souhaitons que ce nuage devienne plus brillant est qu’il nous permet de limiter la luminosité de l’explosion de Sgr A* dans le passé », a déclaré Uteg.
Dans le cadre de ces calculs, l’Uteg et l’équipe de MSU ont déterminé qu’il y a environ 200 ans, Sgr A* était environ cinq ordres de grandeur plus brillant dans les rayons X que nous le voyons aujourd’hui.
« C’est la première fois que nous construisons une variabilité sur 24 ans pour un nuage moléculaire entourant notre trou noir supermassif qui a atteint sa luminosité maximale en rayons X », a déclaré Zhang. « Cela nous permet de raconter l’activité passée de Sgr A* il y a environ 200 ans. Notre équipe de recherche à MSU poursuivra ce ‘jeu d’astroarchéologie’ pour percer davantage les mystères du centre de la Voie Lactée. »
Bien que les mécanismes exacts déclenchant les éruptions de rayons X et le cycle de vie précis des trous noirs restent des mystères, les chercheurs de MSU sont convaincus que leurs découvertes susciteront des recherches plus approfondies et révolutionneront potentiellement notre compréhension de ces objets énigmatiques.