Le télescope James-Webb révèle pour la première fois une éruption du trou noir géant au cœur de la Voie Lactée !

La théorie de la relativité générale d’Einstein a été formulée il y a un peu plus de 100 ans maintenant. Mais, des années 1920 aux années 1950, elle n’a connu des développements significatifs qu’aux mains d’une poignée d’États. physiciensphysiciens etastronomesastronomes explorer, tel Georges LemaîtreGeorges Lemaîtreles implications des équations relativistes de la gravitation en cosmologie, et autres EinsteinEinstein cherchant à généraliser sa théorie pour y incorporer la force électromagnétique et en déduire les propriétés des particules élémentaires alors connues. De vaines tentatives sur ces derniers points, à tel point que la majorité des physiciens et scientifiques astrophysiciensastrophysiciens de l’époque s’attachera principalement à développer les conséquences de la découverte par Heisenberg et Schrödinger des équations de la mécanique quantique dans les domaines de physiquephysique atomique et nucléaire, et de créer la théorie quantique et relativiste des champs qui y est impliquée.

Sagittarius A*, un laboratoire d’astrophysique

Cette année 2025, nous célébrerons le centenaire de la découverte de ces équations par Heisenberg. Mais, incontestablement, comme aimait à nous le rappeler le prix Nobel de physique Subrahmanyan Chandrasekhar : « la théorie de la relativité générale est une théorie de la gravitation et comme la théorie newtonienne de la gravitation, qu’elle affine et élargit, son foyerfoyer le naturel est l’astronomie « , si bien qu’elle connaît une renaissance à partir des années 1960 avec la découverte de quasarsquasarsde rayonnement fossilerayonnement fossile de Big BangBig Bang et enfin, pulsarspulsars.

Jean-Pierre Luminet, directeur de recherche au CNRS, et Françoise Combes, professeur au Collège de France, nous parlent des trous noirs, notamment des grands trous noirs supermassifs dans les galaxies qui se trouvent derrière les quasars et qui impactent l’évolution des galaxies. © Fondation Hugot du Collège de France

C’est à partir de ces années, et notamment durant les années 1970, que l’on va développer intensivement la physique des trous noirstrous noirsde la ondes gravitationnellesondes gravitationnelles et explorer également des alternatives à la théorie de la gravitation d’Einstein qui, tout en supposant qu’il existe la même espace-tempsespace-temps courbe, postulera des équations différentes de celles d’Einstein (nous les testerons durant ces années dans le Système solaireSystème solaire et avec des pulsars binairebinaire). Les trous noirs deviendront alors, dans ce contexte, des laboratoires théoriques permettant de tester à la fois les conséquences les plus fondamentales de la physique des espaces-temps fortement courbés d’Einstein et celles de ces alternatives. Nous nous rendrons de plus en plus compte qu’ils sont la clé du comportement des noyaux galactiques actifsnoyaux galactiques actifs et qu’ils influencent fortement l’évolution de ces derniers. On comprendra également que les trous noirs doivent contenir les clés d’une théorie quantique de la gravitation, clé probable à son tour de la naissance deUniversUniversde la matièrematière qu’elle contient et l’apparition des galaxies et des grandes structures qui les rassemblent.

Il s’avère que nous pensons que nous avons de la chance d’avoir un trou noir à étudier. via observations cette fois toutes ces questions dans notre Voie lactéeVoie lactée et elle est supermassive, comme au cœur de presque toutes les autres grandes galaxies, qu’elles soient spirales ou elliptiques principalement. Nous l’avons d’abord découvert sans le savoir sous la forme d’une source radio intense dans le constellationconstellation du Sagittaire. On l’appelle Sagittaire A*Sagittaire A* (Sgr A*) et il est situé à environ 27 000 années-lumièreannées-lumière du système solaire.

De l’ISE à James-Webb

Pendant des décennies, les progrès dans son étude se feront essentiellement par l’étude des mouvementsmouvements de certains étoilesétoiles les proches autour Sagittaire A*. Ces mouvements combinés à d’autres observations à divers longueurs d’ondelongueurs d’onde indiquent qu’il existe un objet très compact qui ne rayonne pas comme une étoile et se comporte donc, à bien des égards, comme un véritable trou noir du point de vue astrophysiqueastrophysique. Les études sur ces mouvements ont été réalisées principalement par les prix Nobel de physique Reinhard Genzel et Andrea Ghez et ont montré que l’objet compact révélé avait une massemasse un peu plus de 4 millions de fois celui de SoleilSoleil.

S’il s’agit bien d’un trou noir, ce qui implique qu’il possède un horizon des événementshorizon des événements qui définit une sorte de membrane fermée qui ne peut être traversée que dans un seul sens – car il faudrait dépasser le vitesse de la lumièrevitesse de la lumière pour en sortir – on ne sait pas encore très bien s’il est décrit par la solution des équations d’Einstein pour un trou noir sans rotation, la fameuse solution de Schwarzschild, ou en rotation comme on le pense, ce qui implique que l’espace-temps est cela de la solution dite Kerr.

Plus récemment, comme le montre la vidéo au tout début de cet article, ce sont les membres de la collaboration Télescope Horizon d’événement qui s’est concentré sur l’étude de Sagittaire A* dans le domaine des ondes électromagnétiques accessibles aux radiotélescopes. Mais pour la première fois, ces observations ont été complétées par celles rendues possibles dans le domaine deinfrarougeinfrarouge désigne les instruments de Télescope spatial James WebbTélescope spatial James Webble JWST.

Comme le démontre un article publié, dont une version est librement accessible sur arXivune équipe internationale dirigée par des astronomes du Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) a détecté pour la première fois une éruption dans l’infrarouge moyen dans le disque d’accrétiondisque d’accrétion entourant le trou noir Sgr A* grâce au JWST. L’infrarouge moyen permet d’observer des objets et des phénomènes, comme les équivalents de éruptions solaireséruptions solairesqui sont souvent difficiles à observer dans d’autres longueurs d’onde en raison de la poussière impénétrable.

Un analogue des éruptions solaires magnétiques

Dans un communiqué, Joseph Michail, l’un des principaux auteurs de l’article et chercheur postdoctoral au Harvard CfA, explique : « L’éruption Sgr A* évoluait et changeait rapidement, en quelques heures, et tous ces changements ne sont pas visibles à toutes les longueurs d’onde. Depuis plus de 20 ans, nous savons ce qui se passe dans le domaine radio et ce qui se passe dans le proche infrarouge, mais le lien entre les deux n’a jamais été clair ni certain à 100 %. Cette nouvelle observation dans l’infrarouge moyen comble cette lacune et relie les deux. »

Nous pourrons ainsi mieux tester les modèles numériquesmodèles numériques décrivant ce qui se passe dans le disque d’accrétion turbulent du trou noir supermassiftrou noir supermassif et qui prédisent les éruptions, selon les mécanismes magnétohydrodynamiques et de physique des plasmas découverts à l’origine des éruptions solaires les plus connues. En effet, de nombreuses simulations suggèrent que les éruptions de Sgr A* sont provoquées par la fameuse reconnexion des lignes de champ magnétiquechamp magnétique dans le disque d’accrétion turbulent. On observe ainsi dans le cas du Soleil que lorsque deux lignes de champ magnétique se rapprochent, elles peuvent se connecter l’une à l’autre et libérer une grande quantité de leur énergie. énergieénergie nourrir leémissionémission appelé synchrotronélectronsélectrons se déplaçant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière le long des lignes de champ magnétique.

Les nouvelles observations proposées par le JWST sont cohérentes avec les modèles et simulations existants, fournissant des preuves supplémentaires pour étayer la théorie de ce qui se cache derrière les éruptions.

 » Bien que nos observations suggèrent que l’émission dans l’infrarouge moyen de Sgr A* résulte effectivement d’une émission synchrotron d’électrons refroidissants, il reste beaucoup à comprendre sur l’émission de Sgr A*. reconnexion magnétiquereconnexion magnétique et le turbulenceturbulence dans le disque d’accrétion Sgr A*. Cette première détection dans l’infrarouge moyen et la variabilité observée avec le SMA ont non seulement comblé une lacune dans notre compréhension des causes des poussées Sgr A*, mais ont également ouvert une nouvelle voie de recherche importante. « , explique Sebastiano von Fellenberg, chercheur postdoctoral au Max-InstitutPlanckPlanck de radioastronomie (MPIfR) et auteur principal du nouvel article.

Les observations de James-Webb ont ensuite été complétées simultanément avec le réseau submillimétrique (SMA), au sommet du Mauna Kea/Hawaï), le télescope NuSTAR et l’observatoire de radiographiesradiographies ChandraChandra.

Le SMA a ainsi montré que l’observation de l’éruption en ondes millimétriques était retardée d’environ 10 minutes par rapport à l’éruption dans l’infrarouge moyen. Cependant, il n’y avait apparemment pas assez d’énergie pour produire un rayonnement X détectable.