Déchiffrer les mystères des trous noirs

Quel rôle, si tant est qu’il y en ait un, les trous noirs massifs jouent-ils dans l’évolution d’une galaxie? Pour le savoir, un projet financé par l’UE a utilisé des télescopes à rayons X très avancés pour étudier de plus près ces mystérieux corps célestes. Ses découvertes ont considérablement renforcé notre compréhension de l’univers.

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Published: 1 December 2020  
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Déchiffrer les mystères des trous noirs

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© IncrediVFX, #338717700 source:stock.adobe.com 2020

Selon le paradigme cosmologique actuel, l’univers est un écosystème vivant dans lequel les gaz entrent et sortent des galaxies, animés par les trous noirs massifs qui se trouvent au cœur de ces dernières. Quelles sont cependant les répercussions de ces trous noirs massifs sur l’évolution de la galaxie elle-même?

Telle est la question posée, et résolue, par le projet FEEDBACK, qui a été financé spécifiquement par le Conseil européen de la recherche (CER).

L’énergie du trou noir

Le projet a concentré ses recherches sur la rétroaction de noyaux actifs de galaxies (NAG) dans les galaxies et les amas de galaxies. «Un NAG se caractérise par un trou noir à disque d’accrétion, puissant et lumineux, au centre de la galaxie», explique Andrew Fabian, astronome à l’université de Cambridge et chercheur principal du projet FEEDBACK. «La rétroaction, par ailleurs, est la manière dont l’énergie issue d’un trou noir peut transformer une galaxie étant un milliard de fois plus grande que le trou noir lui-même.»

Selon Andrew Fabian, la rétroaction peut modifier une galaxie et ses alentours de différentes manières. Elle peut, par exemple, empêcher la formation de nouvelles étoiles en éjectant des gaz, ce qui entraîne essentiellement la mort de la galaxie. Les gaz sortants peuvent également stimuler la formation de nouvelles étoiles et, ce faisant, modifier la forme de la galaxie. Enfin, si la galaxie fait partie d’un amas de galaxies, le gaz peut s’échauffer.

«Nous avons abordé des questions concernant la génération d’énergie dans le flux d’accrétion d’un trou noir», explique Andrew Fabian. «Cela nous a permis d’étudier non seulement la géométrie du flux, la masse et la rotation du trou noir, ainsi que ses processus de production d’énergie, mais également la manière dont cette énergie affecte ses alentours, notamment dans le cas des amas de galaxies.»

En astrophysique, l’accrétion désigne l’accumulation de particules dans un objet massif résultant d’une attirance gravitationnelle continue de matière. Les galaxies, les étoiles, les planètes et d’autres objets astronomiques se forment par le biais de l’accrétion.

Satisfaire notre curiosité

La plupart des recherches de FEEDBACK ont été observationnelles, menées à l’aide de télescopes à rayons X combinés à une modélisation et à une théorie basiques. Par exemple, en février 2016, le satellite Hitomi a effectué des observations approfondies au moyen de rayons X, portant sur le noyau froid de l’amas de galaxies de Persée. «Le spectre qui en a découlé présentait une résolution élevée, inédite dans le domaine de l’astronomie en rayons X cosmiques», ajoute Andrew Fabian.

Parmi les autres outils d’observation figuraient le groupe de télescopes en orbite NuSTAR et le télescope NICER («neutron star interior composition explorer») de la NASA, situé sur la Station spatiale internationale (ISS).

À partir de ces observations, les chercheurs ont découvert que la rétroaction des NAG joue un rôle majeur dans l’évolution d’une galaxie, une découverte qui nous permet de renforcer considérablement notre compréhension de l’univers. «Découvrir comment des objets exotiques comme les trous noirs peuvent influencer les galaxies satisfait notre curiosité sur l’origine des structures les plus imposantes de l’univers», affirme Andrew Fabian.

Une recherche primée

Les travaux d’Andrew Fabian dans le cadre du projet FEEDBACK lui ont valu le prix Kavli 2020 en astrophysique, attribué par l’Académie des sciences et des lettres norvégienne. «Andrew Fabian, l’un des astronomes les plus prolifiques et influents de notre époque, a été une figure éminente dans le domaine de l’astronomie en rayons X observationnelle, couvrant un large éventail de sujets allant des flux gazeux dans les amas de galaxies jusqu’aux trous noirs supermassifs au centre des galaxies», explique une annonce de l’Académie. «L’ampleur du savoir et des connaissances d’Andrew Fabian à des échelles très différentes a apporté des explications physiques essentielles pour comprendre comment ces phénomènes hétérogènes sont interconnectés.»

Andrew Fabian attribue une partie de son succès au financement de l’UE reçu par le CER, qui lui a permis de réunir et de maintenir une équipe de chercheurs productifs pendant plus de cinq ans. «La flexibilité du financement s’est avérée très avantageuse pour recruter et pour assister aux rencontres», ajoute-t-il. «Il a également permis à l’équipe de se concentrer sur la réalisation de travaux scientifiques d’excellente qualité.»

Six postdoctorants issus de l’équipe FEEDBACK ont depuis obtenu des postes de professeur à temps plein, tandis que deux autres ont reçu des bourses d’études. Tous cherchent encore à déchiffrer les mystères de l’univers.

Détails du projet

  • Acronyme du projet: FEEDBACK
  • Participants: Royaume-Uni
  • Numéro du projet: 340442
  • Coût total: EUR 2 498 064
  • Contribution de l'UE: EUR 2 498 064
  • Durée: février 2014 à septembre 2019

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