D’énormes anneaux autour d’un trou noir capturés à l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et de l’observatoire Neil Gehrels Swift

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Un ensemble spectaculaire d’anneaux autour d’un trou noir a été capturé à l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et de l’observatoire Neil Gehrels Swift. Les images radiographiques des anneaux géants ont révélé de nouvelles informations sur les poussières situées dans notre Galaxie, en utilisant un principe similaire aux radiographies réalisées dans les cabinets médicaux et les aéroports. Le trou noir fait partie d’un système binaire appelé V404 Cygni, situé à environ 7 800 années-lumière de la Terre. Le trou noir extrait activement la matière d’une étoile compagne – avec environ la moitié de la masse du Soleil – dans un disque autour de l’objet invisible. Ce matériau brille dans les rayons X, de sorte que les astronomes appellent ces systèmes des “binaires de rayons X”.

The black hole in V404 Cygni.Image :  X-ray: © NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz et al.; Optical/IR: © Pan-STARRS, NASA.

Le 5 juin 2015, Swift a découvert une rafale de rayons X du V404 Cygni. L’éclatement a créé les anneaux de haute énergie à partir d’un phénomène connu sous le nom d’échos lumineux. Au lieu d’ondes sonores rebondissant sur un mur de canyon, les échos lumineux autour de V404 Cygni ont été produits lorsqu’une rafale de rayons X du système de trous noirs a rebondi sur des nuages ​​​​de poussière entre V404 Cygni et la Terre. La poussière cosmique n’est pas comme la poussière domestique mais ressemble plus à de la fumée et se compose de minuscules particules solides.

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Dans une nouvelle image composite, les rayons X de Chandra (bleu clair) ont été combinés avec les données optiques du télescope Pan-STARRS à Hawaï qui montrent les étoiles dans le champ de vision. L’image contient huit anneaux concentriques séparés. Chaque anneau est créé par les rayons X des éruptions V404 Cygni observées en 2015 qui se reflètent sur différents nuages ​​de poussière (Une illustration d’artiste explique comment les anneaux vus par Chandra et Swift ont été produits. Pour simplifier le graphique, l’illustration ne montre que quatre anneaux au lieu de huit). L’équipe a analysé 50 observations Swift faites en 2015 entre le 30 juin et le 25 août. Chandra a observé le système les 11 et 25 juillet. C’était un événement si lumineux que les opérateurs de Chandra ont délibérément placé V404 Cygni entre les détecteurs afin qu’une autre rafale lumineuse n’endommagerait pas l’instrument.

Les anneaux informent les astronomes non seulement sur le comportement du trou noir, mais aussi sur le paysage entre V404 Cygni et la Terre. Par exemple, le diamètre des anneaux dans les rayons X révèle les distances aux nuages ​​​​de poussière intermédiaires sur lesquels la lumière a ricoché. Si le nuage est plus proche de la Terre, l’anneau semble plus grand et vice versa. Les échos lumineux apparaissent sous la forme d’anneaux étroits plutôt que de larges anneaux ou de halos car la salve de rayons X n’a ​​duré qu’une période de temps relativement courte. Les chercheurs ont également utilisé les anneaux pour sonder les propriétés des nuages ​​de poussière eux-mêmes. Les auteurs ont comparé les spectres de rayons X – c’est-à-dire la luminosité des rayons X sur une gamme de longueurs d’onde – à des modèles informatiques de poussières de compositions différentes. Différentes compositions de poussière entraîneront différentes quantités de rayons X de faible énergie absorbés et empêchés d’être détectés avec Chandra. C’est un principe similaire à la façon dont différentes parties de notre corps ou de nos bagages absorbent différentes quantités de rayons X, donnant des informations sur leur structure et leur composition.

L’équipe a déterminé que la poussière contient très probablement des mélanges de grains de graphite et de silicate. De plus, en analysant les anneaux internes avec Chandra, ils ont constaté que les changements de densité des nuages ​​de poussière ne sont pas uniformes dans toutes les directions. Des études antérieures ont supposé que non. Ce résultat est lié à une découverte similaire du binaire à rayons X Circinus X-1,, qui contient une étoile à neutrons plutôt qu’un trou noir, publiée dans un article du 20 juin 2015, numéro de The Astrophysical Journal, intitulé “Lord of the Rings: A Kinematic Distance to Circinus X-1 from a Giant X-Ray Light Echo” (préimpression). Cette étude a également été dirigée par Sebastian Heinz.

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Les résultats du V404 Cygni ont été menés par le même astronome, Sebastian Heinz de l’Université du Wisconsin à Madison. Cet article a été publié dans le numéro du 1er juillet 2016 de The Astrophysical Journal (preprint). Les co-auteurs de l’étude sont Lia Corrales (Université du Michigan) ; Randall Smith (Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian); Niel Brandt (Université d’État de Pennsylvanie); Peter Jonker (Institut néerlandais de recherche spatiale) ; Richard Plotkin (Université du Nevada, Reno) et Joey Neilson (Université Villanova). Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le centre de rayons X Chandra du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle la science depuis Cambridge, Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, Massachusetts.

Référence :

Images du Système solaire et au-delà, NASA.

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