Comment expliquer qu’un trou noir puisse paraître si intensément brillant ? Deux astrophysiciens ont tenté de répondre à cette question dans une nouvelle étude, publiée dans The Astrophysical Journal le 27 novembre 2019 et repérée par ScienceAlert (une prépublication du texte est disponible sur arXiv). Ils cherchent à expliquer d’où vient le rayonnement à haute énergie qui semble provenir de certaines régions de l’espace, comme les trous noirs et les étoiles à neutrons.
La brillance de ce rayonnement est attribuée à des électrons qui se déplacent très rapidement, quasiment à la vitesse de la lumière (soit environ 300 000 kilomètres par seconde). « Il n’est donc pas surprenant qu’au cours des dernières décennies, des efforts significatifs aient été faits pour comprendre les mécanismes d’accélération de particules », écrivent les auteurs de l’étude. Ils résument quels sont, d’après eux, les processus expliquant le déplacement rapide des électrons.
L’idée qu’un trou noir puisse être la source d’un rayonnement très brillant peut sembler paradoxale. Un trou noir est une région de l’espace très dense, qui contient une impressionnante quantité de matière. Son champ de gravitation est si intense qu’aucune matière (y compris la lumière) ne peut s’en échapper. Comment un objet invisible pourrait-il être à l’origine d’une des lumières les plus lumineuses de l’univers ?
Une interaction entre deux phénomènes
D’après ces astrophysiciens, l’accélération des particules est provoquée par l’interaction entre deux phénomènes : le mouvement chaotique et la reconnexion magnétique. « La turbulence et la reconnexion magnétique — un processus lors duquel les lignes de champ magnétique se déchirent et se reconnectent rapidement — agissent ensemble pour accélérer les particules, les poussant à des vitesses proches de celle de la lumière », résume Luca Comisso, chercheur à l’université Columbia (New York) et co-auteur de l’étude, cité dans un communiqué.
Cette interaction permet de comprendre pourquoi, dans un environnement aussi chaotique que l’environnement d’un trou noir, des rayonnements aussi brillants peuvent être émis. « La région qui abrite les trous noirs et les étoiles à neutrons est imprégnée d’un gaz extrêmement chaud de particules chargées, et les lignes de champ magnétique entraînées par les mouvements chaotiques du gaz provoquent une reconnexion magnétique vigoureuse », complète Luca Comisso dans le communiqué.
Pour identifier le mécanisme, les astrophysiciens ont eu recours à des simulations informatiques. Ce sont elles qui leur ont permis de découvrir que le processus de reconnexion magnétique joue un rôle fondamental dans la sélection des particules, qui sont ensuite accélérées. Les mécanismes identifiés permettent de comprendre un peu mieux d’où viennent les radiations si brillantes émises autour des trous noirs (et des étoiles à neutrons). Néanmoins, il reste encore beaucoup de choses à comprendre sur les lois physiques qui régissent l’environnement de ces objets célestes.
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