Les astronomes ont trouvé la première preuve directe qu'un trou noir tourne, confirmant une fois de plus la théorie de la relativité d'Einstein. La découverte a été faite en étudiant les puissants jets d'énergie émis par un trou noir de la taille du système solaire au centre de la galaxie Messier 87 voisine. Ce trou noir, nommé M87, est le plus étudié à ce jour et le premier à être découvert. directement imagé en 2019.
Les astrophysiciens prédisent depuis longtemps que les trous noirs tournent, mais jusqu'à présent, la complexité de la visualisation des monstres spatiaux rendait difficile l'obtention de preuves. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 27 septembre dans la revue Nature.
"Après avoir réussi à imager un trou noir dans cette galaxie à l'aide du télescope Event Horizon (EHT), la question de savoir si ce trou noir tourne ou non est devenue un problème majeur pour les scientifiques", a déclaré Kazuhiro Hada, astronome à l'Observatoire astronomique national du Japon, dans un communiqué. "Maintenant, les attentes se sont transformées en confiance. Ce trou noir géant tourne vraiment."
Les trous noirs ont une attraction gravitationnelle si forte que rien (pas même la lumière) ne peut s'échapper de leur bouche, mais cela ne veut pas dire qu'ils ne peuvent pas être vus. En effet, les trous noirs actifs sont entourés de disques d'accrétion – d'énormes panaches de matière arrachés aux nuages de gaz et aux étoiles qui sont chauffés à des températures brûlantes par friction lorsqu'ils spiralent dans la bouche du trou noir.
Une partie de cette matière est éjectée, formant deux jets de matière chaude qui se déplacent à 99,9 % de la vitesse de la lumière environ un dixième du temps. La façon dont les jets de trous noirs obtiennent l'énergie massive dont ils ont besoin pour cela reste un mystère, mais les physiciens ont utilisé la théorie de la relativité générale d'Einstein pour suggérer que le matériau pourrait l'obtenir des champs magnétiques des monstres spatiaux s'ils tournaient rapidement autour de leurs axes.
Les trous noirs ont probablement acquis une partie de leur rotation dès leurs premiers jours en tant qu'étoiles qui, lorsqu'elles se sont soudainement effondrées vers l'intérieur, sont devenues comme des patineurs sur glace étirant leurs bras pour tourner plus vite. Au fil du temps, cette rotation s'est probablement accélérée sous l'effet de l'afflux de matière provenant d'étoiles déchirées par des trous noirs ou de collisions catastrophiques avec d'autres objets massifs.
À la recherche d’une explication à cette rotation insaisissable, les astronomes se sont tournés vers le trou noir supermassif M87, un immense trou dans l’espace-temps qui utilise sa masse (6,5 milliards de fois celle du Soleil) pour attirer une galaxie entière vers elle.
En étudiant M87* avec un réseau mondial de radiotélescopes de 2000 à 2022, les astronomes ont découvert que les jets du trou noir allaient et venaient comme un métronome marquant un cycle de 11 ans. Cela a montré que le trou noir précessions, ou vacille, sur son axe lorsqu’il tourne, comme une toupie.
"Nous sommes enthousiasmés par cette découverte importante", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Cui Yuzhu, astronome au laboratoire du Zhejiang à Hangzhou, en Chine, dans un communiqué. "Étant donné que la séparation entre le trou noir et le disque est relativement petite et que la période de précession est d'environ 11 ans, l'accumulation de données à haute résolution suivant la structure de M87 sur deux décennies et une analyse minutieuse sont essentielles pour obtenir ce résultat."
En plus d'une autre confirmation de la théorie d'Einstein, la découverte de la rotation d'un trou noir soulève un certain nombre de questions intéressantes. Parmi eux figurent ceux liés aux événements catastrophiques qui auraient pu provoquer cette rotation rapide, ainsi que la possibilité de découvrir des sphères de photons - un faible anneau de lumière entourant un trou noir qui pourrait fournir des indices importants à la théorie de la gravité quantique.
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