De nouveaux outils pour analyser le rayonnement dans le voisinage des trous noirs

Les processus de rayonnement se déroulant à proximité des trous noirs nous en apprennent beaucoup sur la physique en conditions extrêmes, conditions que même les installations expérimentales les plus perfectionnées ne peuvent reproduire. Ils constituent également une occasion unique de tester la théorie de la relativité d''Einstein dans le régime à champs forts.

Utilisant les données de la mission satellitaire XMM-Newton d''observation des rayons X, de l''Observatoire européen austral et d''autres sources utiles, le projet STRONGGRAVITY (Probing Strong Gravity by Black Holes Across the Range of Masses) cherche à mieux comprendre ces processus radiatifs. Avec son équipe de l''Institut d''astronomie de l''Académie tchèque des sciences, le Dr Michal Dovciak a passé ces quatre dernières années à améliorer ces connaissances en analysant et interprétant des observations spectrales à longueurs d''ondes multiples ainsi que des observations rapides de systèmes contenant des trous noirs.

Les nouveaux outils du projet, capables de calculer les propriétés spectrales, temporelles et de polarisation des rayonnements dans le voisinage d''un trou noir, devraient non seulement contribuer à l''astrophysique, mais également promouvoir de nouvelles recherches et idées scientifiques en Europe et ailleurs.

Pourquoi est-il important de mieux comprendre les processus radiatifs à proximité des trous noirs?

Les trous noirs sont bien compris en tant qu''objets mathématiques, mais il reste de nombreux mystères en ce qui concerne la façon dont ils se comportent en tant qu''objets astrophysiques. Comment interagissent-ils avec leur environnement au centre des galaxies? Comment se nourrissent-ils de la matière environnante et quelle est la nature de leur accrétion? Qu''est-ce qui est à l''origine des flux sortants par lesquels ils alimentent leur galaxie hôte?

Toutes les informations que nous obtenons sur les trous noirs en tant qu''objets astrophysiques proviennent des rayonnements émis dans leur voisinage immédiat, et particulièrement des rayonnements à très haute énergie. C''est pourquoi nous nous intéressons principalement aux rayons X. Nous devons déchiffrer tous les processus qui créent ou influencent ce rayonnement afin de mieux comprendre ce qu''il s''y passe, et plus particulièrement quels sont les composants de ces systèmes (disque d''accrétion, couronne, vents, etc.), quelles sont leurs propriétés et comment ils interagissent.

Sur quel type de trous noirs concentrez-vous vos efforts et pourquoi?

Nous nous intéressons essentiellement aux nombreuses sources situées dans des noyaux galactiques brillants et actifs, dont chacun héberge un trou noir supermassif d''une masse équivalente à des millions ou des milliards de masses solaires, ainsi qu''à quelques trous noirs d''origine stellaire situés dans notre galaxie.

Une source particulièrement intéressante est Sgr A*, le trou noir supermassif mais calme situé au centre de notre galaxie. Nous nous sommes intéressés aux variétés de trous noirs les plus actifs, car ce sont eux qui nous fournissent le plus d''informations pour les étudier.

Selon vous, quelles sont les principales contributions du projet?

Nous avons mis au point de nouveaux outils et modèles sophistiqués, et amélioré ceux qui existaient. Ces outils et modèles sont maintenant utilisés par les astronomes pour mieux comprendre les données provenant d''observations au sol et par satellite.

En utilisant ces outils, nous avons par exemple détecté pour la première fois un indice de la précession relativiste de l''orbite de l''une des étoiles les plus proches du trou noir central de la Voie lactée.

Comment ces nouveaux outils contribueront-ils aux futures missions comme ATHENA?

Nous les avons déjà utilisés pour définir le thème scientifique ''Les environnements proches des trous noirs supermassifs'' de la mission ATHENA. Nous avons simulé des observations avec différents instruments de cette mission, afin d''estimer leurs performances dans différentes configurations possibles. Les deux principaux objectifs de ce thème consistent à mesurer la rotation des trous noirs grâce à la réflexion des rayons X à partir du disque d''accrétion, ainsi que la géométrie de la couronne du disque d''accrétion grâce à des études de la réverbération des rayons X.

Comment la communauté scientifique peut-elle accéder à vos outils et les utiliser?

Notre site web comporte une page dédiée sur laquelle on peut trouver ces outils et la documentation sur la façon de les utiliser.

Que reste-t-il encore à accomplir avant la fin du projet?

Plusieurs sous-projets doivent encore être menés à terme et nous aimerions les finaliser avant la fin du projet. Nous travaillons toujours sur des calculs de l''influence de la couronne sur l''émission du disque d''accrétion, nous améliorons le code pour les études de réverbération des rayons X et nous aimerions finaliser le modèle de réflexion pour les trous noirs binaires.

STRONGGRAVITY
Site web du projet