Une équipe tchèque d'astrophysiciens de l'Académie des sciences a réalisé une avancée majeure dans la compréhension du comportement des trous noirs. Dans le cadre d'une collaboration internationale, les scientifiques ont publié deux études qui apportent de nouvelles informations sur le comportement des systèmes binaires de trous noirs à rayons X. Dans un tel système, un trou noir de masse stellaire attire la masse de son homologue stellaire, formant autour de lui ce que l'on appelle un disque d'accrétion. Aux pôles du trou noir, la matière peut alors s'échapper vers l'extérieur du système sous la forme d'explosions de haute énergie.
Une nouvelle découverte
L'existence du système binaire à rayons X Swift J1727.8-1613 était inconnue jusqu'au mois d'août de l'année dernière. La tache sombre dans le ciel s'est mise à briller intensément à toutes les longueurs d'onde et a attiré l'attention des astronomes du monde entier, en particulier dans le domaine des rayons X où, pendant plusieurs mois, l'objet a été plus brillant qu'une autre source connue de rayons X à l'intérieur de notre galaxie, la nébuleuse du Crabe. Les éruptions soudaines sont typiques des systèmes stellaires binaires, mais il est rare qu'elles soient aussi brillantes et relativement proches.
C'est pourquoi tous les grands observatoires de rayons X, y compris le IXPEun projet commun de la NASA et de l'Agence spatiale italienne. A bord IXPE est un télescope spécial qui permet de mesurer la polarisation des rayons X. La polarisation détermine la quantité d'ondes lumineuses oscillant dans une direction donnée. La polarisation détermine la quantité d'ondes lumineuses qui oscillent dans une direction donnée. Il s'agit d'un outil essentiel pour comprendre les processus qui se déroulent, par exemple, à proximité des trous noirs, qui ont des effets gravitationnels importants sur la matière et le rayonnement environnants. La polarisation nous aide à élucider la structure de la matière à proximité d'un trou noir.
Changements dans les spectres accompagnés de changements dans la polarisation des rayons X
La première étude, menée par Jiří Svoboda de l'Institut d'astronomie de l'Académie tchèque des sciences, s'est concentrée sur les changements spectaculaires de la polarisation des rayons X observés au cours des différentes phases de l'éruption du système Swift J1727.8-1613 d'août 2023 à février de cette année. "Nos recherches ont montré que lors de la transition entre les états spectraux durs et mous des rayons X, des changements significatifs de polarisation se produisent égalementexplique M. Svoboda.
La phase initiale de l'éruption a été dominée par la couronne, qui est la principale source de rayons X durs dans le système. Dans l'état mou qui suit, lorsque le rayonnement observé est moins énergétique, davantage de photons de rayons X proviennent directement du disque d'accrétion. Les astronomes ont d'abord proposé de nouvelles observations, qui ont ensuite révélé une chute spectaculaire de la polarisation. Le fait que les changements du spectre énergétique, c'est-à-dire de sa couleur, s'accompagnent de changements de polarisation confirme que la structure du disque d'accrétion et de la couronne change de manière significative durant cette phase. "C'est la polarisation qui met en évidence les changements géométriques dans la distribution de la masse des trous noirs.souligne M. Svoboda.
Rétablir l'état de polarisation : une découverte surprenante
Deuxième étude du bâtiment Swift J1727.8-1613qui était dirigée par Jakub Podgorny également de l'Institut d'astronomie du CAS, s'est penché sur la récupération de la polarisation des rayons X après la transition de l'état mou à l'état dur. L'état dur signifie que le rayonnement de la source lointaine est beaucoup plus énergétique. La binaire observée est revenue à cet état en avril de cette année, après plusieurs mois, mais avec une luminosité environ 100 fois supérieure à celle de l'éruption initiale d'août 2023."Pour la première fois, nous avons observé la polarisation des rayons X dans un système binaire à cette transitionPodgorný ajoute : "Nous sommes en train d'élaborer un plan d'action pour l'avenir : "Nous constatons que la polarisation est revenue aux valeurs observées pendant la phase initiale de l'éruption pour la même source, ce qui signifie que la géométrie coronale ne change pas de manière significative pour cet état dur, bien que la luminosité des rayons X diminue de manière significative."
Bien que la diminution de la luminosité des rayons X ait été prévue, le rétablissement complet de l'état de polarisation était inattendu. Il s'agit de la dernière observation d'une source avec IXPE suggère que la structure de la couronne et du disque est beaucoup plus stable dans les systèmes binaires après le retour de l'état mou qu'on ne le pensait auparavant. Puisque la direction dominante des oscillations lumineuses dans un tel cas Swift J1727.8-1613 identique à l'éjection de masse observée précédemment, on peut supposer que le plasma chaud de la couronne s'étend à nouveau dans la direction du plan du disque, comme dans l'état dur de haute luminosité d'origine.
L'importance des découvertes
Ces résultats représentent une avancée significative dans notre compréhension de la manière dont les trous noirs interagissent avec la matière environnante et démontrent que l'analyse de la polarisation des rayons X est un outil idéal.. "D'autres observations avec l'IXPE pour des sources multiples sont nécessaires pour déterminer complètement la configuration près des trous noirs dans les systèmes binaires. La première campagne d'observation réussie de Swift J1727.8-1613 dans différents états est donc le début le plus important d'un nouveau chapitre.conclut-il Michal Dovčiak de l'Institut d'astronomie de l'Académie tchèque des sciences, qui a également contribué aux publications et dirige le groupe de travail. IXPEqui se concentre spécifiquement sur les trous noirs de masse stellaire.
Les études ont été publiées dans des revues à comité de lecture. The Astrophysical Journal Letters a Astronomie et astrophysique et sont disponibles pour de plus amples informations ici :
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad402e
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa50566-24/aa50566-24.html
Sur le site de la NASA : https://www.nasa.gov/missions/ixpe/nasas-ixpe-details-shapes-of-structures-at-newly-discovered-black-hole/
Institut d'astronomie du CAS/ gnews - RoZ
PHOTO ILLUSTRATIVE - pixabay
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