L'observatoire INTEGRAL qui analyse les rayons gamma a détecté un sursaut gamma très chaud d'une milliseconde avant qu'il ne soit absorbé par le trou noir Cygnus X-1.

Sursaut gamma de Cygnus X-1, vue d'artiste.

Crédit image : ESA.

Un trou noir se forme lorsqu'une étoile extrêmement massive en fin de vie s'effondre sur elle même. Le coeur de l'étoile devient si petit et massif qu'il provoque une distorsion de l'espace et du temps. Un puits se crée alors, et tout objet ou particules, y compris les photons (lumières) sont inexorablement engloutis. Le gaz et la matière contenus dans une étoile assez proche est "aspiré" par le trou noir. 

A quelques centaines de kilomètres de sa surface mortelle, l'espace forme un tourbillon de particules et de rayonnement absorbés. Tout objet est aspiré et tombe à une vitesse proche de celle de la lumière, élevant ainsi la température à plusieurs millions de degrés. Normalement, il suffit d'un millième de seconde pour que les particules franchissent cette distance finale, mais une infime partie d'entre elles parviennent à y réchapper !

Grâce aux nouvelles observations de l'observatoire INTEGRAL de l'ESA(l'Agence Spatiale Européenne), les astronomes savent maintenant que cette région chaotique est entourée par des champs magnétiques.

C'est la première fois que des champs magnétiques ont été identifiés à proximité d'un trou noir. Plus important encore, INTEGRAL montre qu'ils sont très structurés et qu'ils forment un tunnel permettant à quelques-uns de s'échapper.  

Philippe Laurent, CEA Saclay, en France, et ses collègues ont fait cette découverte en étudiant les trous noirs situés proches de nous. Actuellement, Cygnus X-1, est un trou noir qui absorbe la matière et le gaz de son étoile compagnon. 

Emission synchroton d'un sursaut gamma. Crédit photo: Esa. 

Ce champ magnétique est assez puissant pour arracher des particules gravitationnelles du trou noir et les acheminer vers l'extérieur, il se forme alors un jet de matière qui tourne dans l'espace. Du fait de l'important champ magnétique, la lumière gamma est polarisée lorsqu'elle transite à l'intérieur de ce tunnel. 

Comme la lumière visible, un rayon gamma est une sorte de vague. L'orientation de cette onde est connue sous le nom de polarisation. Quand une particule est très rapide, elle forme des spirales lorsqu'elle traverse un champ magnétique important. Cela produit de la lumière, connue sous le nom d'émission synchrotron, qui affiche un motif caractéristique de polarisation. C'est cette signature de la polarisation que l'équipe a découvert dans les rayons gamma.

Cette observation a été très difficile à enregistrer : "Nous avons dû utiliser presque tous les clichés que l'observatoire Intégrale a fait du trou noir Cygnus X-1 pour faire cette détection», dit Laurent. 

Observatoire INTEGRAL de l'ESA, vue d'artiste. Crédit image : ESA. 

INTEGRAL a amassé plus de sept années d'informations concernant ce trou noir. Il totalise maintenant plus de 5 millions de secondes de temps d'observation, soit l'équivalent d'une seule image ayant un temps d'exposition de + 2mois !  

L'équipe de Laurent a superposé touts ses clichés afin de créer une seule et unique exposition : "Nous ne savons toujours pas exactement comment la matière est transformée en retombant sur les jets. Il y a un grand débat parmi les théoriciens, ces observations devraient les aider», déclare Laurent. 

Ces jets autour des trous noirs ont été vus précédemment par les radiotélescopes terrestre, mais ils ne pouvaient pas voir le trou noir d'une manière suffisamment détaillée pour savoir à quelle distance du trou noir les jets sont originaires. 

"Cette découverte de l'émission polarisée d'un jet de trou noir est un résultat unique qui démontre que INTEGRAL de l'ESA, qui couvre la bande de haute énergie dans le spectre large, continue de produire des résultats clés depuis plus de huit ans après son lancement», explique Christoph Winkler, scientifique du projet INTEGRAL.