le Le télescope spatial Hubble est comme un vieux chien qui enseigne constamment de nouvelles astuces à la communauté astronomique. Au cours de ses presque trente ans de fonctionnement, il a révélé des données vitales sur l'expansion de l'Univers, son âge, la Voie lactée, les trous noirs supermassifs (SMBH), d'autres systèmes stellaires et exoplanètes, et les planètes du système solaire. .
Plus récemment, une équipe internationale de chercheurs utilisant Hubble a fait une découverte non seulement fascinante mais tout à fait inattendue. Au cœur de la galaxie spirale NGC 3147, ils ont repéré un mince disque de gaz tourbillonnant qui était précaire près d'un trou arrière d'environ 250 millions de masses solaires. La découverte a été une surprise totale car le trou noir était considéré comme trop petit pour avoir une telle structure autour de lui.
Située à environ 130 millions d'années-lumière de la Terre, NGC 3147 est une galaxie spirale avec un SMBH relativement petit en son cœur. Les choses
Comme Stefano Bianchi - un chercheur de l'Università
«Il s'agit d'un aperçu intrigant d'un disque très proche d'un trou noir, si proche que les vitesses et l'intensité de l'attraction gravitationnelle affectent l'apparence des photons de lumière. Nous ne pouvons comprendre les données que si nous incluons les théories de la relativité. »
Dans les petites galaxies comme NGC 3147, il n'y a pas censé être suffisamment de matière capturée par gravitation pour nourrir régulièrement leurs SMBH - ce qui en fait des «trous noirs mal nourris». En tant que tel, la petite quantité de matériau infailleur qu'ils consomment est susceptible de gonfler et de former un tore en forme d'anneau, plutôt que de s'aplatir en un disque mince.
Il était donc assez surprenant de voir un disque encerclant le trou noir dans NGC 3147 qui ressemble à ceux plus puissants trouvés autour de SMBH beaucoup plus grands au centre de galaxies extrêmement actives. Comme l'a expliqué Ari Laor de l'Institut Technion-Israël de Technologie:
«Nous pensions que c'était le meilleur candidat pour confirmer qu'en dessous de certaines luminosités, le disque d'accrétion n'existait plus. Ce que nous avons vu était quelque chose de complètement inattendu. Nous avons trouvé du gaz en mouvement produisant des caractéristiques que nous ne pouvons expliquer que comme étant produites par un matériau tournant dans un disque mince très proche du trou noir. »
Ces observations ont été particulièrement surprenantes puisque l'équipe de recherche a initialement sélectionné NGC 3147 pour valider les modèles acceptés de galaxies. Ces modèles prédisent la formation de disques d'accrétion lorsque le gaz est piégé par une attraction gravitationnelle des SMBH. À mesure que les disques gagnent en vitesse grâce à la vitesse de rotation du trou noir, ils commencent à émettre une lumière intense, produisant un nucléaire brillant connu sous le nom de quasar.
Cependant, une fois que moins de matériau est aspiré dans le disque, il commence à se décomposer et devient plus faible. Lorsque l'équipe a regardé NGC 3147, elle s'attendait à voir une galaxie active de faible luminosité avec un trou noir mal nourri. Comme l'a expliqué Bianchi:
«Le type de disque que nous voyons est un quasar réduit que nous ne pensions pas exister. C’est le même type de disque que nous voyons dans les objets qui sont 1 000 voire 100 000 fois plus lumineux. Les prédictions des modèles actuels de dynamique des gaz dans des galaxies actives très faibles ont clairement échoué. »
Comme indiqué, parce que le disque est si profondément enfoncé dans le champ gravitationnel intense du trou noir, la lumière du disque de gaz est modifiée conformément à la théorie d'Einstein de la relativité générale. Cette théorie décrit comment la courbure de l'espace-temps est modifiée en présence d'un champ gravitationnel, qui peut même affecter le comportement de la lumière (qui est décrit par la théorie de la relativité restreinte d'Einstein).
Sur la base de leurs observations avec le spectrographe d'imagerie du télescope spatial Hubble (STIS), l'équipe a déterminé que le matériau du disque se déplaçait à plus de 10% de la vitesse de la lumière. À ces vitesses extrêmes, le matériau dans le disque a semblé s'éclaircir en voyageant vers la Terre d'un côté et s'estompé en s'éloignant de l'autre (un effet connu sous le nom de rayonnement relativiste).
Les observations de Hubble ont également montré que le gaz est tellement intégré dans le puits gravitationnel du trou noir que la longueur d'onde de la lumière est étirée, la faisant apparaître plus rouge. Grâce à la résolution nette du STIS, l'équipe a pu isoler la faible lumière provenant de la région du trou noir et bloquer la lumière contaminante. Comme l'a dit Chiaberge:
"Sans Hubble, nous n'aurions pas pu voir cela parce que la région du trou noir a une faible luminosité. Les luminosités des étoiles dans la galaxie surpassent tout ce qui se trouve dans le noyau. Donc, si vous l'observez depuis le sol, vous êtes dominé par la luminosité des étoiles, qui noie la faible émission du noyau. "
L'équipe espère s'appuyer sur cette dernière découverte en utilisant Hubble pour rechercher des disques compacts similaires autour des trous noirs de faible luminosité. En cas de succès, les découvertes qui en résulteront offriront aux astronomes des opportunités supplémentaires de voir la relativité en action.
L’étude qui décrit les observations de l’équipe a récemment été publiée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
