Un trou noir qui tourne à une cadence infernale

Des observations aux rayons X ont permis à des astronomes de caractériser plus complètement que jamais un trou noir. Situé dans la constellation de l'Aigle à environ 35 000 années-lumière de la Terre, le trou noir GRS1915+105 tourne autour de lui-même 950 fois par seconde, s'approchant ainsi de la limite théorique de rotation de 1150 tours par seconde.


Masse et rotation

Quand un objet massif, comme une étoile, devient plus dense qu'une certaine limite, ses forces de gravitation intrinsèques deviennent si intenses qu'il s'effondre en un point singulier, un trou noir. Les scientifiques pensent que la rotation d'une étoile qui s'effondre engendre la rotation du trou noir résultant. Plus sa masse devient compacte, plus la rotation du trou noir augmente, tout comme un patineur accélère sa vitesse de rotation en repliant les bras.

Alors que les astronomes ont déjà calculé les masses de plus d'une douzaine de trous noirs, les mesures de la vitesse de rotation de ces objets sont demeurées évasives et un seul d'entre eux avait vu sa vitesse de rotation précisément mesurée.


Une puissante attirance

La gravitation d'un trou noir, à certaine distance, se comporte comme celle d'une étoile de même masse. Si le soleil se transformait subitement en un trou noir, par exemple, son effet gravitationnel sur Terre ne changerait pas. Mais lorsque la matière tourbillonnante se rapproche d'un trou noir, elle commence à graviter de plus en plus rapidement jusqu'à ce qu'elle atteigne les mâchoires du monstre noir. Juste avant que les gaz et la poussière ne soient dévorés, la matière s'échauffe jusqu'à plusieurs millions de degrés, en émettant de puissants jets de rayons X.

A l'aide des données du satellite à rayons X Rossi de la NASA, les scientifiques ont mesuré ce rayonnement et calculé la surface de ce disque de rayonnement (vu dans les illustrations comme l'anneau lumineux autour du centre noir). Avant d'atteindre cette limite, la matière tourbillonne relativement lentement autour du trou noir, puis s'y engouffre en chute libre de façon vertigineuse.


Disques de gaz gravitant autour de trous noirs,
avec émission de rayons X depuis la région intérieure lumineuse.
Pour un trou noir qui n'est pas en rotation (à gauche), le rayon intérieur est grand.
Pour le trou noir en rotation (à droite), le gaz peut graviter très près
de l'horizon des événements, et le rayon est beaucoup plus petit

Plus un trou noir tourne rapidement, plus son rayon critique est petit. Ceci car lorsqu'un trou noir est en rotation, il draine tout l'espace-temps environnement avec lui. Ainsi si la matière environnante tourne dans le même sens que le trou noir, elle se retrouve fortement attirée tout le long de la frontière.

Les chercheurs ont découvert deux trous noirs tournant à moins de 50 % de leurs périodes maxima, alors que celle de GRS1915+105, qui est 14 fois plus massif que le Soleil, se situe entre 82 et 100 % de son maximum. Chacun de ces trous noirs fait partie de ce qui s'appelle un système binaire à rayons X, dans lequel deux objets sont satellites l'un de l'autre et dont le gaz de l'un, une étoile normale comme le Soleil, est puissamment attiré vers l'autre, le trou noir.