L'énigme des vents cosmiques soufflés par le trou noir géant de notre Voie lactée est enfin résolue !

Cette dernière décennie, que ce soit avec le bilan de plus de 20 ans d’observations des mouvements des étoiles proches de la source d’onde radio Sgr A* dans notre Voie lactée ou avec l’analyse des ondes gravitationnelles provenant des sources détectées par Ligo-Virgo-Kagra, il est devenu encore moins rationnel de douter de l’existence des objets que nous appelons des trous noirs.

Rappelons que ce qui compte à ce sujet est l’existence d’un horizon des événements sous forme d’une surface fermée enveloppant une région dont on ne peut pas sortir sans dépasser la vitesse de la lumière. Ce qui existe à l’intérieur de la surface en question fait toujours par contre l’objet de spéculations.

En pratique donc, pour un astrophysicien, le modèle du trou noir déduit des équations de la relativité générale d’Einstein est à ce jour celui qui permet au mieux de décrire ce qui se passe à l’extérieur de la surface précédente, en particulier quand une étoile s’approche trop près d’un trou noir supermassif contenant d’un million à plusieurs milliards de masses solaires. Ce qui donne lieu à ce que l’on appelle en anglais le phénomène de Tidal Disruption Event (ou TDE), qui peut se traduire par « évènement de rupture par effet de marée ».

Jean-Pierre Luminet, directeur de recherche au CNRS, et Françoise Combes, professeur au Collège de France, nous parlent des trous noirs, notamment des grands trous noirs supermassifs des galaxies qui sont derrière les quasars et qui impactent l’évolution des galaxies. © Fondation Hugot du Collège de France

Des vents de matière soufflés par tous les trous noirs géants ?

Comme le montre la publication de Brandon Carter et Jean-Pierre Luminet dans le célèbre journal Nature en 1982, suivie d’une autre dans Astronomy & Astrophysics en 1983, un TDE se produit avec une étoile dont la trajectoire trop rapprochée d’un trou noir supermassif conduit ses forces de marée à comprimer l’étoile jusqu’à produire ce qu’ils ont appelé une crêpe stellaire, en raison de la forme de la déformation causée par ces forces. L’étoile pouvait finir par exploser en réponse et ses débris étaient donc avalés en partie par l’astre compact.

Une théorie a été développée aussi quand d’importants courants de gaz tombent pour une raison ou pour une autre sur un trou noir supermassif en rotation, produisant alors un disque d’accrétion. Du fait de la rotation du trou noir et de l’efficacité de la transformation en énergie gravitationnelle de la chute de la matière, un tel trou noir devient indirectement très lumineux, produit des jets de matière très puissants, le tout donnant lieu à des noyaux actifs de galaxies qui peuvent se présenter sous forme de quasars.

Cependant, tout n’est pas encore clair en ce qui concerne ce qui se passe quand un trou noir géant accrète de la matière. Ainsi, depuis quelque temps déjà et bien qu’ils sachent que notre trou noir central derrière Sgr A* ait été nettement plus actif dans le passé, les astrophysiciens relativistes ne comprenaient pas pourquoi les vents de matière soufflés par les trous noirs géants des autres galaxies semblaient inobservables avec le nôtre. Fallait-il revoir la théorie astrophysique des trous noirs ?

Cette image composite superpose des données du réseau Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) et de l’observatoire spatial Chandra de la Nasa. Elle révèle l’existence d’un vent soufflant depuis Sagittarius A* (Sgr A*), le trou noir supermassif situé au centre de notre Galaxie. Le point blanc au centre de l’image représente Sgr A*. Les données orange, issues des radiotélescopes Alma au Chili, cartographient la présence de gaz froid composé de monoxyde de carbone. Les données bleues correspondent aux rayons X de l’observatoire spatial Chandra de la Nasa. Une vaste cavité conique, visible par l’absence de gaz froid dans les données Alma, est remplie de gaz chaud émetteur de rayons X dans les données Chandra. Les chercheurs pensent qu’un vent chaud et énergétique provenant de Sgr A* a créé cette structure en balayant le gaz froid ou en le réchauffant. © Université Northwestern, M. Gorski ; Rayons X : Nasa, CXC, SAO Radio : ESO, NAOJ, NRAO, Alma

Des vents qui chauffent des nuages moléculaires froids

Il semble finalement que non, si l’on en croit un article publié dans The Astrophysical Journal Letters et dont une autre version en accès libre existe aussi sur arXiv.

En effet, les analyses de données obtenues grâce au réseau Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), et dans une moindre mesure des données dans le domaine des rayons X avec le mythique satellite Chandra, auraient donc permis à des astronomes de trouver enfin la preuve irréfutable que le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, Sagittarius A* (Sgr A*), émet bel et bien des vents cosmiques brûlants, validant un phénomène prédit théoriquement et que les scientifiques recherchaient depuis plus de 50 ans.

Il a fallu pour cela plus de cinq années d’observations réalisées avec Alma dans le domaine de longueurs d’onde millimétrique, ce qui a permis de dresser une carte de l’émission des molécules de  monoxyde de carbone (CO) sous forme de micro-ondes. Ces molécules permettaient de détecter des distributions de gaz moléculaire froid, à seulement trois années-lumière environ de Sgr A*.

La carte, 100 fois plus sensible et 80 fois plus précise en résolution angulaire que les précédentes cartes CO de la région, a révélé « un immense trou conique dans le gaz froid, pointant directement vers le trou noir – l’empreinte indéniable d’un vent cosmique puissant, chaud et actif émis par Sgr A* », selon les termes d’un communiqué de la Nasa.