On sait comment les trous noirs accélèrent naturellement les particules… ou presque !

Au cœur de certaines galaxies se cachent des trous noirs supermassifs qui dévorent la matière qui les entoure. Et ce sont les jets de particules qu'ils émettent alors dans l'espace que les astronomesastronomes observent. Des jets qui apparaissent particulièrement brillants lorsque le hasard fait qu'ils sont orientés vers notre Terre. Pour qualifier le phénomène, les chercheurs ont inventé le terme blazar. Mais, même s'ils soupçonnaient un lien avec les caractéristiques des champs magnétiques autour des trous noirs, ils se demandaient toujours comment ces blazars peuvent réussir à accélérer des particules à des énergies aussi élevées.

C'est le satellite Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), une collaboration entre la NasaNasa et l'Agence spatiale italienne, qui vient tout juste de nous apporter la solution à ce mystère vieux de 40 ans. Grâce à des données inédites. Parce que Ixpe peut mesurer la polarisation des rayons X. Comprenez qu'il voit comment ces ondes-là sont orientées lorsqu'elles se déplacent. Et ce dans le cœur même du noyau actif du blazar, à l'endroit où les particules sont accélérées.

Un blazar, c’est un trou noir entouré d’un disque de gaz et de poussière et qui émet un jet brillant de particules à haute énergie pointé vers la Terre. L’illustration en médaillon montre des particules de haute énergie dans le jet. Lorsque les particules frappent l’onde de choc, représentée par une barre blanche, elles sont excitées et émettent des rayons X à mesure qu’elles accélèrent. En s’éloignant du choc, ils émettent une lumière de moindre énergie. Plus loin du choc, les lignes de champ magnétique sont plus chaotiques, provoquant plus de turbulences dans le flux de particules. © Pablo Garcia, Nasa

Une onde de choc

Les chercheurs ont étudié un trou noir supermassiftrou noir supermassif particulièrement brillant, Markarian 501. Il est situé à quelque 450 millions d'années-lumièreannées-lumière de notre Terre, au centre d'une grande galaxie elliptiquegalaxie elliptique. Et ils lui ont observé une polarisation de ses rayons Xrayons X plus importante que celles observées dans le visible ou sur les ondes radio. Un résultat qui confirme l'une des hypothèses émises sur la façon dont les champs magnétiques des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs accélèrent les particules.

Selon les astronomes, c'est donc une onde de choc  - générée lorsque quelque chose se déplace plus vite que le son - qui serait au cœur du processus. Elle provoquerait le passage soudain des champs magnétiques d'un état turbulent à un état ordonné, propulsant les particules à des vitessesvitesses proches de celle de la lumière. Reste maintenant à comprendre ce qui produit cette onde de choc...