Un immense vide près du trou noir de la Voie lactée pourrait résoudre un mystère vieux de 50 ans

Un mystère vieux d’un demi-siècle

La théorie physique avance qu’un trou noir devrait expulser de la matière en même temps qu’il en absorbe. Pendant un demi-siècle, les astronomes ont cherché à confirmer cette hypothèse pour le trou noir supermassif situé au centre de notre propre galaxie. Cette attente de cinquante ans vient de prendre fin grâce à de récentes découvertes.

Dans une étude publiée hier dans la revue The Astrophysical Journal Letters, des astrophysiciens de l’Université Northwestern ont présenté une série de preuves potentielles. Ils ont identifié une cavité géante en forme de cône dans le gaz froid qui entoure Sagittarius A*, le trou noir supermassif de la Voie lactée.

Pour parvenir à cette conclusion, l’équipe scientifique a calculé la quantité d’énergie nécessaire pour former un tel espace vide. Les résultats montrent qu’une force provenant du trou noir, sous la forme d’un vent puissant ou d’un jet, était indispensable pour creuser cette structure.

La mécanique des vents galactiques

Toutes les galaxies d’une taille significative abritent un trou noir supermassif en leur centre. L’étude rappelle que ces structures cosmiques jouent un rôle crucial dans l’évolution même des galaxies. Lorsque ces trous noirs sont alimentés en matériaux, la matière aspirée forme une spirale vers l’intérieur et finit par approcher la vitesse de la lumière.

L’énergie et la pression générées lors de ce processus extrême produisent des vents chauds et puissants qui sont projetés vers l’extérieur. Les modèles théoriques existants décrivent assez bien ces mécanismes, ce qui explique pourquoi les astrophysiciens avaient prédit dès 1971 que Sagittarius A* générerait également de tels vents et jets.

Mark Gorski, co-auteur principal de l’étude, précise ce point dans un communiqué. « À moins qu’un trou noir n’existe dans un vide parfait, il doit souffler un vent d’une manière ou d’une autre, » explique-t-il. « Avec les nouvelles observations, c’est la première fois que nous avons une vue suffisamment claire pour voir l’empreinte du vent. Nous avons regardé les données et dit, ‘Il est là. C’est la chose que tout le monde cherchait depuis 50 ans.' »

Traverser le chaos cosmique

Malgré les prédictions des années 1970, l’observation directe de ce phénomène est restée hors de portée. L’étude note qu’en raison des défis logistiques liés à l’étude de ces objets célestes, il n’y avait pas eu de signature universellement acceptée d’un vent actuellement actif provenant de Sagittarius A*.

Elena Murchikova, co-auteure principale, détaille la nature de ces obstacles visuels. « Pour observer notre propre trou noir, nous devons regarder à travers le plan de notre galaxie, » précise-t-elle. « Cela signifie que nous devons scruter à travers le gaz, la poussière et les structures ionisées, et vous ne pouvez pas vraiment voir à travers tout cela facilement. »

Pour surmonter ce chaos cosmique, les deux chercheurs ont compilé cinq années d’observations réalisées par l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un instrument situé au Chili. En supprimant soigneusement la lueur radio émise par le trou noir, Mark Gorski et Elena Murchikova ont obtenu une image nette d’une cavité conique géante, totalement dépourvue de gaz moléculaire froid. Selon le communiqué, cette découverte les a laissés « stupéfaits ».

Une confirmation apportée par les rayons X

L’image obtenue se présente sous la forme d’une mosaïque de 400 sur 900 années-lumière. Cet ensemble visuel se situe à environ 25 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Sagittaire. La forme du cône est apparue si inhabituelle que le premier réflexe d’Elena Murchikova a été de douter de sa propre analyse.

Cependant, cette appréhension s’est rapidement dissipée. Mark Gorski ajoute que des données supplémentaires en rayons X, fournies par l’Observatoire Chandra, « se sont intégrées parfaitement » avec leurs résultats initiaux. Cette concordance a permis à l’équipe d’écarter l’hypothèse d’une anomalie de lecture.

Le volume de la cavité a permis de tirer des conclusions définitives sur son origine. « C’est une énorme absence de matière, » souligne Mark Gorski. « Nous avons calculé combien d’énergie était nécessaire pour créer cette cavité. C’est plus que ce qui peut être fourni par les étoiles dans cette zone. Fondamentalement, il doit y avoir un apport du trou noir supermassif. Et, si vous suivez la forme du cône, il pointe directement vers le trou noir. »

Un trou noir typique et ses futurs secrets

Une fois la découverte confirmée, les chercheurs ont dressé une liste détaillée des caractéristiques actuelles de ce vent cosmique. Ils ont ainsi documenté son orientation, son niveau d’activité et sa force. Les estimations de l’étude indiquent que ce souffle est actif depuis au moins 20 000 ans et qu’il se situe dans la fourchette basse en termes de puissance, comparativement à d’autres jets galactiques connus.

Le document scientifique souligne un point essentiel : Sagittarius A* constitue un « exemple typique » de trou noir supermassif sous-alimenté et dormant dans l’univers. Bien qu’il soit « très attrayant d’étudier les trous noirs quand ils sont dans la phase de feu d’artifice, mais ce n’est pas réellement leur état dominant, » indique Elena Murchikova.

La relative proximité de Sagittarius A* avec notre planète offre une opportunité précieuse. Les résultats de cette étude pourraient orienter les futures investigations sur notre trou noir local. Par extension, ces recherches apporteront de nouvelles perspectives sur l’activité des entités similaires dispersées à travers le cosmos.

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