Un trou noir qui tourne rapidement avec un disque déformé

Un télescope à rayons X récemment installé sur la Station spatiale internationale améliore notre vision des sources lointaines à haute énergie, un objet à la fois. Maintenant, ce télescope a fourni une vue détaillée d'un trou noir se nourrissant de son étoile compagnon.

Image d'artiste représentant un binaire à rayons X dans lequel un trou noir orbite avec une étoile compagnon qui le nourrit. Le trou noir de cette illustration comporte à la fois un disque d’accrétion et des jets.
ESA / NASA / Félix Mirabel

Comment repérer les trous noirs

Les trous noirs de masse stellaire se cachent dans notre galaxie - mais leur obscurité les rend difficiles à repérer. Comme ces petites bêtes n'émettent pas de lumière, nous avons peu d'observations sur les trous noirs de masse stellaire qui nous entourent, ce qui limite ce que nous pouvons apprendre sur ces objets mystérieux et leur comportement.

La conception artistique du télescope NICER installé sur la Station spatiale internationale.
NASA

Nous pouvons observer de tels trous noirs s’ils existent dans un système binaire à rayons X, composé d’un trou noir et d’une étoile donneuse. Dans les binaires à rayons X, le matériau siphonné par l’étoile donneuse alimente le trou noir, formant un disque d’accrétion autour du trou noir au moment où il tombe. Lorsque le matériau dans le disque d’accrétion s’enroule en spirale, il rayonne fortement dans X- rayons - produisant une émission que nous pouvons observer, même si le trou noir lui-même n’émet aucun rayonnement.

Mais quelle est la structure de ce disque d’accrétion? Jusqu'où s'étend-il vers le trou noir? À quelle vitesse le trou noir tourne-t-il en son centre? Ce sont parmi les nombreuses questions auxquelles les scientifiques cherchent encore des réponses. Dans une nouvelle étude, l'astronome Jon Miller (Université du Michigan) et ses collaborateurs présentent de nouvelles perspectives sur un système binaire à rayons X pouvant fournir des indices.

Spectrum de MAXI J1535 571, compatible avec un modèle simple à corps noir et loi de puissance. Les caractéristiques supplémentaires visibles dans le rapport données / modèle sont probablement dues à la réflexion du disque.
Miller et al. 2018

Regard sur une nouvelle source de rayons X

Miller et ses collaborateurs présentent de nouvelles observations du MAXI J1535-571 à rayons X, réalisé avec le NICER, un télescope à rayons X installé depuis peu à bord de la Station spatiale internationale.

Les observations de NICER indiquent que le trou noir de ce binaire est en train de tourner très rapidement à plus de 99% de la vitesse maximale possible! La lumière que nous observons dans MAXI J1535-571 semble inclure des contributions à la fois du disque d’accrétion du trou noir et de la couronne de gaz très chaud qui se trouve au-dessus du disque. La lumière de la couronne se reflète sur le disque d’accrétion, nous fournissant plus d’informations sur la structure du disque.

En modélisant les observations, Miller et ses collaborateurs montrent que le disque s’étend presque jusqu’à ce que l’on appelle l’orbite circulaire la plus interne stable, l’orbite stable la plus proche d’un trou noir.

Reflets d'un Warp

L'empreinte de l'artiste: un exemple de disque gondolé de gaz et de poussière entourant un trou noir.
James Gitlin (Institut des sciences du télescope spatial)

Enfin, les auteurs soulignent une caractéristique supplémentaire du spectre du MAXI J1535-571: une étroite ligne d’émission qui, selon eux, pourrait être causée par une déformation du disque, de sorte que celui-ci ne se trouve plus à plat. La chaîne modifierait localement le profil du disque d’accrétion, ce qui provoquerait une plus grande lumière de la couronne à partir de ce point.

La présence de cette chaîne potentielle, l’étendue du disque et la rotation du trou noir sont autant de pièces du puzzle qui nous aideront à mieux comprendre le comportement des trous noirs à masse stellaire se nourrissant de compagnons. Et nous pouvons nous attendre à la grande sensibilité de NICER qui a rendu ces observations possibles continuer à produire des résultats intéressants à l'avenir!

Citation

JM Miller et al 2018 ApJL 860 L28. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aacc61

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Ce poste a été publié à l'origine sur AAS Nova, qui présente les faits saillants des recherches effectuées dans les journaux de la Société astronomique américaine.