Ces magnifiques jeux d’ombres et de lumières pourraient venir d’un trou noir

Le télescope Hubble a observé des ombres et des lumières provenant du centre d’une galaxie active, où se trouve très probablement un trou noir supermassif. Dans une étude publiée en octobre 2020 dans The Astrophysical Journal Letters, et relayée le 19 novembre dans un communiqué, des astronomes expliquent qu’ils peuvent ainsi avoir un aperçu de la structure d’un disque autour du trou noir d’une galaxie, IC 5063.

Le phénomène observé par les scientifiques a des similitudes avec un autre que nous connaissons sur Terre : les rayons crépusculaires. « Sur Terre à l’approche du coucher de Soleil, le Soleil peut projeter des ‘rayons crépusculaires’ de telle sorte que les nuages près de l’horizon masquent l’origine de la lumière diffusée en rayons lumineux. En principe, les noyaux actifs de galaxie devraient être capables de produire des effets similaires », expliquent les scientifiques. Avec les nuages proches de l’horizon masquant la source de cette luminosité (le Soleil), on observe des rayons lumineux dirigés vers cette source, ainsi qu’un contraste entre des « rayons sombres » et des « rayons lumineux », décrivent les auteurs. C’est ce que l’on voit sur la photographie suivante.

Rayons crépusculaires.

Source : Flickr/CC/Nikk (photo recadrée)

On peut aussi voir ce phénomène avec des objets astronomiques. Ici, cela concerne un trou noir supermassif, une région dense et invisible de l’espace qui engloutit de la matière, rassemblée dans un disque d’accrétion. Le gaz qui est chauffé à proximité du trou noir est amené à des températures très élevées, ce qui peut produire des jets très lumineux.

Un anneau de matière poussiéreux

À l’aide du télescope spatial Hubble et de ses observations dans les longueurs d’onde visible et proche-infrarouge (menées en mars puis novembre 2019), les scientifiques ont découvert la présence de rayons analogues dans la galaxie active IC 5063, qui se trouve à une distance de 156 millions d’années-lumière de notre planète. L’image révèle un mélange de rayons lumineux et d’ombres, qui trouvent vraisemblablement leurs origines dans le noyau de la galaxie : il doit lui-même abriter un trou noir supermassif. Une hypothèse envisagée est que c’est un anneau de matière poussiéreux, logé autour du trou noir, qui projetterait ainsi son ombre à travers l’espace.

Les ombres vues par Hubble au niveau de la galaxie IC 5063.

Source : NASA, ESA, STScI and W.P. Maksym (CfA) (annotation Numerama)

Dans ce scénario, la lumière émise par le trou noir « heurterait » en quelque sorte l’anneau poussiéreux. Une partie de cette lumière passerait à travers les interstices de l’anneau, créant les rayons lumineux observés. Les ombres projetées seraient quant à elles expliquées par les zones plus denses du disque, qui bloqueraient une partie de la lumière émise. Les auteurs estiment que les rayons et les ombres s’étendent sur une distance d’au moins 36 000 années-lumière.

Comme des phares balayant la galaxie

Pour l’instant, le phénomène à l’origine des ombres observées par Hubble reste à expliquer avec certitude. Mais grâce à ce véritable jeu d’ombres et de lumières, les scientifiques disposent d’un bon aperçu de la manière dont la matière entourant le trou noir doit être distribuée. Ceci peut permettre d’en savoir plus sur la géométrie et la structure de l’anneau, ce qui serait très complexe à observer de façon directe. Dans le cas de IC 5063, cela pourrait signifier que le disque doit être assez mince (puisque la lumière peut s’échapper tout autour de la structure). Avec la rotation de l’anneau, des faisceaux lumineux pourraient balayer toute la galaxie, un peu comme des phares le feraient dans la nuit.