En utilisant le télescope IBIS à bord du satellite INTEGRAL de l'Agence spatiale européenne, les chercheurs ont rapporté les premières mesures de polarisation d'un système binaire à trou noir, qui comprend un trou noir et une étoile normale en orbite autour d'un centre de masse commun.
Les nouvelles observations révèlent que la région chaotique est enfilée par des champs magnétiques et représentent la première fois que des champs magnétiques ont été identifiés si près d'un trou noir. Plus important encore, Integral montre qu'il s'agit de champs magnétiques hautement structurés qui forment un tunnel d'échappement pour la matière chaude qui, autrement, plongerait dans le trou noir en quelques millisecondes.
Philippe Laurent est chercheur à l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (IRFU), du CEA en France. Il est l'auteur principal du document, qui apparaît aujourd'hui dansScience Express.
Laurent et ses collègues ont détecté des photons polarisés de rayons gamma provenant de Cygnus X-1 (19h 58m 21.6756s + 35 ° 12 ′ 05.775 ″), un système binaire de radiographie à trous noirs bien connu dans la constellation du Cygne. Ils suggèrent que l'émission polarisée provient d'un jet de particules relativistes à proximité immédiate du trou noir.
Le graphique ci-dessus se réfère aux résultats de l'équipe: «alors que les photons de basse énergie ne semblent pas être polarisés (la ligne d'encart à gauche est simplement plate), les plus d'énergie sont fortement polarisés (la ligne d'encart de droite semble sinusoïdale) ), et devrait donc être lié au jet », écrit Laurent dans un courriel.
Les auteurs révèlent plus en détail à travers l'article: «La modélisation spectrale des données révèle deux mécanismes d'émission: les données 250-400 keV sont cohérentes avec l'émission dominée par la diffusion Compton sur les électrons thermiques et sont faiblement polarisées», écrivent-ils. "La deuxième composante spectrale vue dans la bande 400keV-2MeV est en revanche fortement polarisée, révélant que l'émission MeV est probablement liée au jet détecté pour la première fois dans la bande radio."
Leurs preuves indiquent que le champ magnétique du trou noir est suffisamment puissant pour arracher les particules des embrayages gravitationnels du trou noir et les acheminer vers l'extérieur, créant des jets de matière qui jaillissent dans l'espace, selon un communiqué de presse de l'ESA. Les particules dans les jets sont attirées dans des trajectoires en spirale alors qu'elles grimpent le champ magnétique vers la liberté, ce qui affecte une propriété de leur lumière gamma connue sous le nom de polarisation.
Un rayon gamma, comme la lumière ordinaire, est une sorte d'onde, et l'orientation de l'onde est connue comme sa polarisation. Lorsqu'une particule rapide s'enroule dans un champ magnétique, elle produit une sorte de lumière, connue sous le nom d'émission synchrotron, qui affiche un motif caractéristique de polarisation. C'est cette polarisation que l'équipe a trouvée dans les rayons gamma. C'était une observation difficile à faire.
«Nous avons dû utiliser presque toutes les observations qu'Integral a jamais faites sur Cygnus X-1 pour effectuer cette détection», explique Laurent.
Amassées sur sept ans, ces observations répétées du trou noir totalisent désormais plus de cinq millions de secondes d'observation, ce qui équivaut à prendre une seule image avec un temps d'exposition de plus de deux mois. L'équipe de Laurent les a tous réunis pour créer une telle exposition.
«Nous ne savons toujours pas exactement comment la matière infaillible est transformée en jets. Il y a un grand débat parmi les théoriciens; ces observations les aideront à décider », explique Laurent.
Des jets autour de trous noirs ont déjà été vus par des radiotélescopes mais de telles observations ne peuvent pas voir le trou noir avec suffisamment de détails pour savoir exactement à quelle distance du trou noir les jets sont originaires. Cela rend ces nouvelles observations inestimables. De telles mesures de polarisation peuvent fournir un aperçu direct de la nature de nombreux processus astrophysiques et les chercheurs disent qu'à l'avenir, leur découverte pourrait approfondir notre compréhension des mécanismes d'émission de Cygnus X-1, un modèle pour d'autres binaires à trous noirs dans le univers.
La source: Science. Le document paraît aujourd'hui, au Science Express site Internet.
