Translate the Blog

Un trou noir supermassif

Un trou noir supermassif

Avec la découverte des galaxies actives et des quasars, un défi était posé aux astrophysiciens. Il leur fallait, pour comprendre les différents types de galaxies actives, imaginer une source d’énergie capable de fournir la puissance d’un millier de galaxies tout en étant localisée dans un espace à peine plus grand que le système solaire.

Les trous noirs supermassifs

Deux idées furent avancées mais rapidement rejetées : les collisions entre galaxies, qui n’auraient pas produit suffisamment d’énergie, et les explosions en chaîne de supernovae, qui auraient dû se produire en quantités inimaginables.

Ce fut finalement le Britannique Donald Lynden-Bell qui proposa en 1968 l’idée à la base de l’explication moderne. D’après lui, la source d’énergie des galaxies actives devait être un trou noir supermassif, une version gigantesque des trous noirs résultant de la mort d’une étoile massive. Au lieu d’avoir à peine quelques masses solaires, les trous noirs supermassifs contiennent entre un million et un milliard de masses solaires et ont une taille qui peut atteindre plusieurs fois la distance entre la Terre et le Soleil.

L’origine des trous noirs supermassifs

Comme il n’existe pas d’étoile de masse si grande, les trous noirs supermassifs ne peuvent pas directement être le fruit d’un effondrement stellaire. En fait, leur mécanisme de formation n’est toujours pas très clair. Il pourrait s’agir d’une étoile massive qui s’effondre et donne naissance à un trou noir qui grandit peu à peu en se nourrissant d’autres étoiles ou bien d’un énorme nuage de gaz qui s’écroule directement sous sa propre gravité.

Quelle que soit l’origine des trous noirs supermassifs, leur existence est en tout cas tout à fait possible. Larelativité générale est claire sur ce point : si vous arrivez à concentrer un milliard de masses solaires dans une région de la taille du système solaire, la situation est mathématiquement semblable à celle d’un trou noir d’origine stellaire, l’espace et le temps seront extrêmement déformés et même la lumière ne pourra plus s’échapper.

Le scénario précédent est d’autant plus réaliste que la densité de matière requise est faible. En effet, le paramètre critique pour la formation d’un trou noir n’est pas la densité, c’est-à-dire la quantité de matière dans un volume donné, mais plutôt la compacité, le rapport de la masse à la taille de l’objet. Ainsi, un trou noir d’origine stellaire nécessite des densités énormes alors qu’un trou noir supermassif peut se former dans une région peu dense. Il suffit en fait d’une densité moyenne inférieure à celle de l’eau, ce qui n’est pas difficile à réaliser en regroupant suffisamment d’étoiles dans un espace restreint.

Le disque d’accrétion autour du trou noir

Évidemment, par définition, la luminosité du noyau d’une galaxie active ou d’un quasar ne provient pas du trou noir supermassif lui-même. C’est l’action de ce dernier sur la matière environnante qui en est à l’origine. En effet, dans le modèle unifié des galaxies actives, le trou noir est entouré d’un disque d’accrétion dont la taille est de l’ordre de la centaine de fois la distance Terre-Soleil.

Des phénomènes visqueux ont pour conséquence la chute progressive de la matière du disque dans le trou noir. Dans ce processus, le gaz transforme son énergie gravitationnelle en énergie thermique, ce qui entraîne une forte augmentation de la température du disque. Pour cette raison, ce dernier va se mettre à produire un rayonnement thermique continu très puissant, en particulier dans l’ultraviolet et les rayons X. Le processus est similaire dans le principe à l’effondrement d’un nuage moléculaire qui s’échauffe en se contractant.

Cette façon de produire de l’énergie est bien plus efficace que les réactions nucléaires qui alimentent les étoiles, c’est la raison pour laquelle les noyaux actifs peuvent briller comme plusieurs galaxies.



Aucun commentaire:

Enregistrer un commentaire