Les scientifiques ont reconstitué le voyage d'un paquet de matière condamnée alors qu'il gravitait quatre fois un trou noir, une première observationnelle. Leur technique fournit une nouvelle méthode pour mesurer la masse d'un trou noir; et cela peut permettre de tester la théorie de la gravité d'Einstein à un degré que peu de gens pensaient possible.
Une équipe dirigée par le Dr Kazushi Iwasawa à l'Institut d'Astronomie (IoA) de Cambridge, en Angleterre, a suivi la trace du gaz chaud au cours d'une journée alors qu'il tournait autour du trou noir supermassif à peu près à la même distance que la Terre en orbite autour du Soleil. Accélérée par l'extrême gravité du trou noir, cependant, l'orbite a pris environ un quart de jour au lieu d'un an.
Les scientifiques ont pu calculer la masse du trou noir en branchant les mesures de l'énergie de la lumière, sa distance par rapport au trou noir et le temps qu'il a fallu pour orbiter autour du trou noir - un mariage de la relativité générale d'Einstein et du bon vieux- façonné la physique keplerienne.
Iwasawa et son collègue de l'IoA, le Dr Giovanni Miniutti, présentent ce résultat aujourd'hui lors d'une conférence de presse sur le Web à la Nouvelle-Orléans lors de la réunion de la Division d'astrophysique des hautes énergies de l'American Astronomical Society. Le Dr Andrew Fabian de l'IoA se joint à eux pour un article paru dans un prochain numéro des Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. Les données proviennent de l'observatoire XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne.
L'équipe a étudié une galaxie nommée NGC 3516, à environ 100 millions d'années-lumière dans la constellation d'Ursa Major, qui abrite la Grande Ourse (ou la Charrue). On pense que cette galaxie abrite un trou noir supermassif dans son noyau. Le gaz dans cette région centrale brille dans le rayonnement des rayons X car il est chauffé à des millions de degrés sous la force de la gravité du trou noir.
XMM-Newton a capturé des caractéristiques spectrales de la lumière autour du trou noir, affichées sur un spectrographe avec des pointes indiquant certains niveaux d'énergie, semblables en apparence aux lignes dentelées d'un cardiographe. Pendant l'observation d'une journée, XMM a capturé une fusée éclairante de gaz excité en orbite autour du trou noir alors qu'il fouettait environ quatre fois. C'était le peu crucial d'informations nécessaires pour mesurer la masse du trou noir.
Les scientifiques connaissaient déjà la distance du gaz du trou noir par rapport à sa caractéristique spectrale. (L'étendue du décalage gravitationnel vers le rouge, ou drain d'énergie révélé par la ligne spectrale, est liée à la proximité d'un objet avec un trou noir.) Avec un temps et une distance orbitaux, les scientifiques pourraient déterminer une mesure de masse - entre 10 millions et 50 millions de masses solaires, en accord avec les valeurs obtenues avec d'autres techniques.
Bien que le calcul soit simple, l'analyse pour comprendre la période orbitale d'une éruption de rayons X est nouvelle et complexe. Essentiellement, les scientifiques ont détecté un cycle répété quatre fois: une modulation de l'intensité de la lumière accompagnée d'une oscillation de l'énergie de la lumière. L'énergie et le cycle observés correspondent au profil de la lumière décalée gravitationnellement vers le rouge (énergie de vol de gravité) et du Doppler décalé (un gain et une perte d'énergie lorsque la matière en orbite se rapproche et s'éloigne de nous).
La technique d’analyse implique, à la surprise de cette équipe scientifique, que la génération actuelle d’observatoires à rayons X peut faire des gains importants dans la mesure de la masse des trous noirs, quoique avec de longues observations et des systèmes de trous noirs avec des fusées éclairantes de longue durée. En s'appuyant sur ces informations, les missions proposées telles que Constellation-X ou XEUS peuvent approfondir les tests de mathématiques d'Einstein dans le laboratoire de l'extrême gravité.
Source originale: communiqué de presse de l'Institut d'astronomie
