Homer Simpson serait triste: des observations récentes du système binaire d'un trou noir et de son étoile compagnon ont montré le retrait du disque d'accrétion en forme de beignet autour du trou noir. Ce «beignet» rétréci a été observé dans les observations du système binaire GX 339-4, un système composé d'une étoile de masse similaire au Soleil et d'un trou noir de dix masses solaires.
Alors que le trou noir se nourrit de gaz sortant de l'étoile en orbite, le changement de débit du gaz produit une taille variable dans le disque de matière qui s'accumule autour du trou noir en forme de tore. Pour la première fois, les changements dans la taille de ce disque ont été mesurés, montrant à quel point le beignet devient plus petit.
GX-339-4 se trouve à 26 000 années-lumière dans la constellation Ara. Tous les 1,7 jours dans le système, une étoile tourne autour du trou noir plus massif. Ce système, et d'autres comme lui, montrent des poussées périodiques d'activité des rayons X lorsque le gaz volé à l'étoile par le trou noir s'échauffe dans le disque d'accrétion qui s'accumule autour du trou noir. Au cours des sept dernières années, le système a connu quatre explosions énergétiques au cours des sept dernières années, ce qui en fait un système binaire trou noir / stellaire assez actif.
Le matériau tombant dans le trou forme des jets de photons et de gaz très énergisés, dont l'un est dirigé vers la Terre. Ce sont ces jets qu’une équipe d’astronomes internationaux a observés à l’aide de l’observatoire à rayons X de Suzaku, exploité conjointement par la Japan Aerospace Exploration Agency et la NASA, et par le satellite X-ray Timing Explorer de la NASA. Les résultats de leurs observations ont été publiés dans le numéro du 10 décembre de The Astrophysical Journal Letters.
Bien que le système était faible quand ils ont pris leurs mesures avec les télescopes, il produisait des jets de rayons X stables. L'équipe recherchait la signature des raies spectrales de rayons X produites par la fluorescence des atomes de fer dans le disque. La forte gravité du trou noir déplace l'énergie des rayons X produits par le fer, laissant une ligne spectrale caractéristique. En mesurant ces raies spectrales, ils ont pu déterminer avec une confiance assez élevée la taille du disque rétrécissant.
Voici comment le rétrécissement se produit: la partie du disque qui est plus proche du trou noir est plus dense lorsqu'il y a plus de gaz sortant de l'étoile qui l'accompagne. Mais lorsque ce débit est réduit, la partie interne du disque se réchauffe et s'évapore. Pendant les périodes les plus lumineuses de sortie du trou noir, le disque a été calculé comme étant à environ 30 km (20 miles) de l'horizon des événements du trou noir, tandis que pendant les périodes de luminosité plus faibles, le disque recule à plus de 27 fois plus loin, ou à 1000 km (600 miles) du bord du trou noir.
Cela a une implication importante dans l'étude de la façon dont les trous noirs forment leurs jets; même si le disque d'accrétion s'évapore près du trou noir, ces jets restent à un débit constant.
John Tomsick du Space Sciences Laboratory de l'Université de Californie, Berkeley, a déclaré dans un communiqué de presse de la NASA: «Cela ne nous dit pas comment les jets se forment, mais cela nous dit que les jets peuvent être lancés même lorsque l'accrétion à haute densité l'écoulement est loin du trou noir. Cela signifie que le débit d'accrétion à basse densité est l'ingrédient le plus essentiel pour la formation d'un jet stable dans un système de trous noirs. »
Lisez la version pré-imprimée de la lettre des équipes. Si vous souhaitez plus d'informations sur la façon dont les rayons X des disques autour des trous noirs peuvent aider à déterminer leur forme et leur rotation, consultez un article de Space Magazine de 2003, Iron peut aider à déterminer si un trou noir tourne.
Source: communiqué de presse NASA / Suzaku
