Le jet de précession de M87 révèle la rotation rapide du trou noir – Physics World

Le jet de précession de M87 révèle la rotation rapide du trou noir – Physics World

Horodatage: 6 octobre 2023 9h00

Vue d'artiste du trou noir au centre de M87
Modèle de disque d'accrétion incliné Vue d'artiste du trou noir au centre de M87, montrant comment le disque d'accrétion et le jet sont mal alignés avec l'axe de rotation du trou noir. (Avec l'aimable autorisation de Yuzhu Cui et al. (2023), Intouchable Lab@Openverse et Zhejiang Lab)

Le jet relativiste émanant du trou noir au cœur de la galaxie Messier 87 (M87) vacille lorsqu'il est entraîné par le trou noir en rotation, ont découvert de nouvelles observations radio. Il s’agit de la première preuve directe que les puissants jets des galaxies actives sont entraînés par des trous noirs qui tournent rapidement et non lentement.

M87 est la galaxie elliptique géante située au cœur de l’amas de galaxies de la Vierge, à 55 millions d’années-lumière. Il est célèbre pour abriter le premier trou noir supermassif à avoir son « ombre » photographié par le télescope Event Horizon, en 2019. M87 produit également un puissant jet de particules chargées s'étendant à au moins 5000 XNUMX années-lumière du trou noir. Ce jet est si grand et si brillant qu'il est même visible sur les images prises par des astronomes amateurs équipés d'équipements de jardinage.

Bien que M87 ait été la première galaxie à abriter un jet relativiste il y a plus d’un siècle, on sait maintenant que des milliers de galaxies et de quasars possèdent des jets. La matière contenue dans ces jets est draguée par des champs magnétiques provenant d’un disque d’accrétion de matière en spirale autour du trou noir. La théorie postulait que l’énergie du jet était extraite de l’énergie de rotation du trou noir.

Aujourd'hui, une équipe internationale d'astronomes – dirigée par Yuzhu Cui du laboratoire du Zhejiang à Hangzhou, en Chine, et Kazuhiro Hada de l'Université japonaise d'études supérieures et de l'Observatoire astronomique national du Japon – a fait les premières observations qui soutiennent directement cette théorie, en publiant les résultats dans Nature.

"L'une des implications les plus importantes de cette étude est qu'un trou noir en rotation est essentiel pour générer un puissant jet relativiste, comme on le voit dans M87 et d'autres radiogalaxies ou quasars", explique Hada. Monde de la physique.

"Si le résultat se confirme, ce serait vraiment un pas de géant dans notre compréhension des avions à réaction", ajoute Yannis Liodakis de l'Université de Turku en Finlande, qui n'a pas participé à l'étude. En 2022, Liodakis était l'auteur principal d'un papier dans Nature qui a trouvé des fronts de choc et des turbulences dans le jet du M87.

La toupie

Combinant 17 années d'observations de radioastronomie du Réseau VLBI d'Asie de l'Est (EAVN), le Tableau de base très long (VLBA), le réseau commun de KVN et VERA (KaVA) Et le Réseau VLBI presque mondial (EATING) de l’Asie de l’Est vers l’Italie, représentant plus de 20 radiotélescopes au total, Hada et l'équipe ont découvert que le jet de M87 était en précession.

Pensez à une toupie et à la façon dont son axe de rotation semble errer en cercle. Le jet dans M87 est perpendiculaire au disque d'accrétion, mais le jet et le disque sont mal alignés par rapport à l'axe de rotation du trou noir. Lorsque le trou noir tourne, il entraîne avec lui l’espace-temps – un effet connu sous le nom de « frame-dragging ». Ce faisant, il tire le disque d’accrétion, provoquant une précession ou une oscillation de la direction indiquée par le jet hors axe d’environ 10 degrés sur une période d’environ 11 ans.

En 1973, le physicien John Wheeler a énoncé son théorème sans cheveux – selon lequel un trou noir peut être entièrement caractérisé par seulement trois paramètres : sa masse, sa charge électrique et son moment cinétique (les « cheveux » sont une métaphore de tout le reste) toutes les autres informations entrent dans le trou noir et deviennent inaccessibles). La masse du trou noir supermassif de M87 est environ 6.5 milliards de fois celle de notre Soleil, et sa charge électrique est considérée comme négligeable. Cependant, malgré cette mesure de la précession du jet lorsqu'il est entraîné par le trou noir en rotation, il n'est pas encore possible de définir une vitesse pour cette rotation.

Taux de rotation du trou noir

Cependant, on pourrait supposer que les trous noirs dotés de jets puissants auront des rotations rapides, tandis que les trous noirs sans jets auront tendance à tourner plus lentement.

"La période de précession du jet dépend à la fois de la rotation du trou noir et de la taille du disque d'accrétion", explique Hada. Malheureusement, la taille du disque du M87 n'est pas bien connue. Dans leur modélisation théorique, l’équipe a supposé 40 rotations par an, mais ce n’est qu’une solution possible : différentes valeurs de spin avec différentes tailles de disque pourraient également expliquer le degré de précession.

"Néanmoins, il est très probable que l'échelle de temps de rotation du trou noir soit beaucoup plus courte que celle de la précession du jet et du disque", explique Hada. « Mesurer la valeur de cette rotation est exactement notre prochaine étape à franchir. Espérons que cela sera possible en combinant notre surveillance des jets et un film sur les trous noirs du télescope Event Horizon.

Liodakis souligne à quel point il est vital de savoir que les trous noirs à rotation rapide entraînent des jets, car cela aidera les astronomes à limiter la taille du disque d'accrétion au centre d'une galaxie telle que M87, ainsi que la composition de ces jets.

"Ce n'est pas un résultat inattendu", déclare Liodakis. "Mais c'est certainement formidable d'avoir une confirmation directe."

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