Même se tromper peut servir : par hasard, en utilisant une technique de « double zoom gravitationnel », on a observé la couronne d’un trou noir avec un détail jamais vu.
Un groupe d’astronomes a pu voir, avec une netteté sans précédent, la couronne d’un trou noir supermassif, grâce à une technique de « double zoom » astronomique, rendue possible par un rarissime alignement cosmique. Le trou noir en question, nommé RX J1131, se situe à environ 6 milliards d’années-lumière de la Terre et tourne à plus de la moitié de la vitesse de la lumière.
Pendant que le trou noir lui-même reste caché, il dévore du gaz et de la poussière à proximité, qui se réchauffent à des températures de millions de degrés, générant un quasar extrêmement puissant. Rappelons qu’un quasar est le noyau ultra-lumineux d’une galaxie alimenté par un trou noir supermassif qui ingère de la matière et la transforme en énergie visible même à des milliards d’années-lumière. La couronne du trou noir en question – un halo de gaz surchauffé qui entoure le trou noir – a une grandeur estimée d’environ 50 unités astronomiques (UA), soit à peu près le diamètre de notre système solaire, sachant qu’une UA correspond à environ 150 millions de kilomètres.
Comment ce « double zoom » a-t-il été possible ? Dans l’étude, il est expliqué que deux mécanismes de lentille gravitationnelle ont travaillé ensemble pour permettre ce « double zoom » sur le trou noir. Tout d’abord, une galaxie en avant-plan, c’est‑à‑dire une galaxie située à environ 4 milliards d’années-lumière de nous, a agi comme une lentille gravitationnelle forte (une lentille gravitationnelle est un objet cosmique si massif qu’il courbe la lumière qui passe près de lui, créant des images déformées, multiples ou agrandies des corps célestes situés en arrière-plan. C’est comme un miroir déformant dans l’espace, prévu par la relativité générale d’Einstein), déformant et agrandissant la lumière provenant du quasar. Puis d’autres « microlensing » (c’est‑à‑dire des lentilles gravitationnelles plus petites) ont été causés par des étoiles uniques présentes dans cette galaxie de premier plan, qui à leur tour ont servi de lentilles plus petites et variables, amplifiant temporairement des portions différentes de la couronne. Cela a provoqué des scintillements (variations de luminosité) indépendants sur les différentes images du quasar formées par la lentille principale.
L’étude. En analysant des données anciennes du télescope radio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) au Chili, recueillies sur des échelles de décennies, l’équipe a remarqué ces variations qui, au départ, semblaient étranges : « Cela ne semblait pas correct », a déclaré le chercheur Matus Rybak de l’Université de Leiden, qui a dirigé l’étude.
Un test crucial est arrivé avec des observations rapprochées (à environ un jour d’intervalle) en 2022 : si l’origine des fluctuations avait été proche du trou noir, toutes les images auraient dû changer de luminosité simultanément.
En revanche, les images variaient de manière indépendante, démontrant que le microlensing par les étoiles de premier plan influençait des parties différentes de la couronne.
Pourquoi est-ce important ? C’est la première mesure directe de la couronne d’un trou noir à une échelle aussi étendue, grâce au « double zoom ». Les observations ont montré que l’émission à longueurs d’onde millimétriques n’est pas statique comme on l’attendait, mais peut varier même sur des périodes de jours, voire moins. Cela remet en cause les idées antérieures qui considéraient ces émissions comme relativement stables.
Comprendre la couronne et ses variations est crucial car elle est liée aux champs magnétiques entourant le trou noir, qui régulent à la fois l’entrée de matière (ce que le trou noir « engloutit ») et l’expulsion de gaz ou de jets. Ces processus déterminent comment un trou noir croît au fil du temps.
Et l’avenir ? Malheureusement, l’un des télescopes clés pour étudier les émissions en rayons X, le Chandra X-ray Observatory, est menacé de fermeture en raison de coupes budgétaires. Cela compliquerait l’observation multi-bandes (c’est‑à‑dire radio/millimétrique et rayons X) de tels phénomènes.
L’équipe vise à recueillir de nouvelles données non seulement grâce à ALMA mais aussi grâce à des télescopes futurs tels que l’Observatoire Vera C. Rubin, qui pourra découvrir de nombreux quasars gravitationnellement lentillés et visibles optiquement. Ces instruments permettront d’étudier les scintillements optiques (variations de luminosité) avec une précision bien plus élevée.
