Un faisceau de particules qui s’éloigne du voisinage d’un trou noir monstrueux s’est avéré gravement plié, fournissant des preuves convaincantes que le trou noir fait en fait partie du système binaire le plus extrême connu.
Le trou noir et son jet tordu se trouvent dans un Blazar connu sous le nom d’OJ 287, situé à environ quatre milliards d’années-lumière. Un Blazar est un quasar vu de front, et un quasar est le noyau actif d’une galaxie où le trou noir supermassif résident tire dans d’énormes quantités de matière. Cette importance se dérobe autour du trou noir, formant ce qu’on appelle un disque d’accrétion, et il y a tellement de choses que le disque d’accrétion devient un goulot d’étranglement.
Plutôt que de s’écouler dans la gueule du trou noir, la matière infaillible s’accumule dans le disque, la densité et la température augmentant considérablement de telle sorte qu’elle brille si brillamment qu’elle peut être vue à travers l’univers. Les champs magnétiques enveloppés dans le disque d’accrétion sont capables de canaliser certaines des particules chargées en la matière loin du trou noir, de les collimiler et de les accélérer en deux jets opposés qui s’éloignent du trou noir pendant des milliers d’années-lumière à proximité de la vitesse de la lumière. Parce que nous voyons des Blazars presque de front, ils semblent encore plus brillants que les quasars ordinaires.
Cependant, OJ 287 n’est pas votre Blazar ordinaire. Les astronomes suivent ses cycles de variations de luminosité depuis environ 150 ans – avant même de savoir de quel type d’objet il s’agit. Il y a un long cycle d’environ 60 ans et un cycle plus court avec une période de variation de seulement 12 ans.
Ce court cycle a été attribué à un trou noir compagnon avec environ 150 millions de fois la masse du soleil en orbite autour du trous noir principal, qui a été un équivalent de masse à 18,35 milliards de soleils. Les deux trous noirs sont gargantuesques par rapport au Sagittaire A *, qui est le trou noir de 4,1 millions de masse-solaire au centre de notre galaxie de la Voie lactée.
Le trou noir moins massif se déplace sur une orbite elliptique allongée. Tous les 12 ans, il parcourt le disque d’accrétion du trou noir plus massif. Ce faisant, il vole une partie de la question du disque et forme son propre disque d’accrétion temporaire, avec un jet temporaire. Pendant un court laps de temps, le système OJ 287 se transforme en double quasar.
Du moins, c’est l’hypothèse. Les observations précédentes semblent soutenir l’idée. Par exemple, en 2021, comme prévu, le système OJ 287 a considérablement augmenté en luminosité en seulement 12 heures alors que le deuxième trou noir a rencontré le disque du primaire et s’est éclairé comme un quasar, libérant plus d’énergie en ce court laps que 100 galaxies moyennes réunies.
Maintenant, l’image la plus détaillée de tous les temps du jet permanent explosant du trou noir plus massif, pris par un réseau de radiotélescopes sur Terre et dans l’espace, soutient fortement le modèle de trou noir binaire.
« Nous n’avons jamais observé une structure dans la galaxie OJ 287 au niveau des détails observés dans la nouvelle image », a déclaré le radio astronome Efthalia Traianou de l’Université de Heidelberg en Allemagne, qui a dirigé les observations, dans un communiqué.
Les observations radio ont été réalisées en combinant les 10 radiotélescopes du très long tableau de base (VLBA) à travers les États-Unis avec l’antenne Radioastron 10 mètres sur le satellite russe Spektr-R. Les observations ont été faites entre 2014 et 2017, et la mission elle-même s’est terminée en 2019, avant que la Russie ne envahit l’Ukraine et a été soumise à des sanctions.
Combinée, le réseau radiotélescope du sol à l’espace a formé un interféromètre avec une ligne de base (c’est-à-dire son ouverture virtuelle) qui était cinq fois le diamètre de la Terre, ce qui a permis une puissance de résolution sensationnelle. L’image qui en résulte zoome sur le centre de l’OJ 287, montrant une région à seulement un tiers d’une année-lumière. L’image de longueur d’onde radio montre que le jet du trou noir n’est pas droit, mais est tordu avec trois virages distincts. Les observations entre 2014 et 2017 ont en outre révélé que l’angle du jet variait d’environ 30 degrés, et cette image prouve que la réorientation du jet se déroule très près de son point d’origine.
Cette grave réorientation pourrait être le résultat de la gravité du deuxième trou noir en orbite tirant sur le jet, le faisant se plier et se préception autour de son axe.
Les images de longueur d’onde radio ont également capturé une onde de choc se formant à la suite d’un nouveau composant de jet. Alors que cette onde de choc se propageait dans le jet, il a libéré un torrent de rayons gamma à haute énergie qui ont été détectés par des telscopes spatiaux Fermi de la NASA et une mission Swift.
Certaines parties du jet semblent rayonner à 10 billions incroyables Celsius. Une telle température semble inimaginable dans l’expérience humaine, et en effet cette température est trop chaude pour être vraie. C’est une illusion dans laquelle nous voyons l’effet d’un phénomène appelé rayonnement relativiste, où l’effet Doppler augmente la luminosité des choses qui se dirigent vers nous à proximité de la vitesse de la lumière.
En tant que trou noir binaire potentiel, OJ 287 a également d’autres utilisations importantes.
« Ses propriétés spéciales font de la Galaxie un candidat idéal pour des recherches supplémentaires sur la fusion des trous noirs et les ondes gravitationnelles associées », a déclaré Traianou.
Bien que les deux trous noirs proposés dans le système OJ 287 entrent en collision et fusionnent éventuellement, cet événement Titanic n’aura pas lieu de sitôt. Cependant, leur inévitable-spiral les uns dans les autres libère des ondes gravitationnelles constamment faibles. Nos détecteurs à ondes gravitationnelles actuels ne peuvent pas détecter ces ondes gravitationnelles car elles sont trop faibles et leur longueur d’onde est trop grande. Potentiellement, les réseaux de synchronisation pulsar, dans lesquels le synchronisation des impulsions régulières de blocage de verrouillage des pulsars de la rotation se perturbe à mesure que les ondes gravitationnelles passent entre nous et les pulsars, pourraient détecter les ondes gravitationnelles de l’OJ 287.
Plus loin dans le futur, la mission de l’antenne spatiale interféromètre laser de l’Agence spatiale européenne (LISA), qui devrait être lancée au milieu des années 2030, pourrait détecter les fusions éventuelles de ces trous noirs supermassifs binaires, qui produisent des ondes gravitationnelles avec des longueurs d’onde trop longtemps pour que les détecteurs à la terre sont à la place.
Les résultats ont été publiés le 30 juillet dans la revue Astronomy & Astrophysics.
