Le trou noir supermassif au cœur de notre galaxie ne se contente pas de tourner : il le fait à une vitesse presque maximale, entraînant tout ce qui se trouve à proximité pendant son trajet.

Les physiciens ont calculé la vitesse de rotation du trou noir supermassif de la Voie lactée, appelé Sagittaire A* (Sgr A*), en utilisant l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA pour visualiser les rayons X et les ondes radio émanant des sorties de matière.

La vitesse d’essorage d’un trou noir est défini comme « a » et reçoit une valeur de 0 à 1, 1 étant la vitesse de rotation maximale vers un trou noir particulier, qui représente une fraction significative de la vitesse de la lumière. Ruth A. Daly, physicien à Penn State, et ses collègues ont découvert que la vitesse de rotation de Sgr A* se situe entre 0,84 et 0,96, soit proche de la limite supérieure définie par la largeur d’un trou noir. L’équipe a décrit la vitesse fulgurante de Sgr A* dans une étude publiée le 21 octobre dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

« Découvrir que Sgr A* tourne à sa vitesse maximale a des implications considérables pour notre compréhension de trou noir formation et les processus astrophysiques associés à ces objets cosmiques fascinants, » Xavier Calmetun physicien théoricien de l’Université du Sussex qui n’a pas été impliqué dans la recherche, a déclaré à Crumpe dans un e-mail.

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Les trous noirs sont vraiment un frein

La rotation d’un trou noir est différente de celle des autres objets cosmiques. Alors que les planètes, les étoiles et les astéroïdes sont des corps solides dotés de surfaces physiques, les trous noirs sont en réalité des régions de l’espace-temps délimitées par une surface externe non physique appelée horizon des événements, au-delà de laquelle aucune lumière ne peut s’échapper.

« Alors que la rotation d’une planète ou d’une étoile est régie par la répartition de sa masse, la rotation d’un trou noir est décrite par son moment cinétique », a déclaré Calmet. « En raison des forces gravitationnelles extrêmes à proximité d’un trou noir, la rotation provoque une forte courbure et une torsion de l’espace-temps, formant ce que l’on appelle l’ergosphère. Cet effet est unique aux trous noirs et ne se produit pas avec des corps solides comme les planètes ou les étoiles. « 

Cela signifie que lorsqu’ils tournent, les trous noirs tordent littéralement le tissu même de l’espace-temps et entraînent tout ce qui se trouve dans l’ergosphère.

Ce phénomène, appelé « frame dragging » ou « effet Lensing-Thirring », signifie que pour comprendre le comportement de l’espace autour d’un trou noir, les chercheurs doivent connaître sa rotation. Ce déplacement d’image donne également lieu à des effets visuels étranges autour des trous noirs.

« Lorsque la lumière se rapproche d’un trou noir en rotation, la rotation de l’espace-temps provoque une courbure ou une torsion du trajet de la lumière », a déclaré Calmet. « Cela aboutit à un phénomène appelé lentille gravitationnelle, dans lequel la trajectoire de la lumière est courbée en raison de l’influence gravitationnelle du trou noir en rotation. L’effet de déplacement du cadre peut conduire à la formation d’anneaux de lumière et même à la création de l’ombre du trou noir. Ce sont des manifestations de l’influence gravitationnelle des trous noirs sur la lumière. »

La vitesse maximale théorique d’un trou noir est déterminée par la manière dont il se nourrit de matière et donc par sa croissance.

« Lorsque la matière tombe dans un trou noir, elle augmente la rotation du trou noir, mais il y a une limite au moment cinétique qu’il peut posséder », a déclaré Calmet. « Un autre facteur est la masse du trou noir. Les trous noirs plus massifs ont une attraction gravitationnelle plus élevée, ce qui rend plus difficile l’augmentation de leur rotation.

« De plus, l’interaction entre le trou noir et son environnement, comme les disques d’accrétion, peut transférer le moment cinétique et affecter la rotation du trou noir », a-t-il ajouté.

Cela pourrait expliquer pourquoi Sgr A*, avec sa masse équivalente à environ 4,5 millions de soleils, a une vitesse de rotation comprise entre 0,84 et 0,96, mais le trou noir supermassif qui s’alimente rapidement au cœur de la galaxie M87 – le premier trou noir jamais photographié – est tournant entre 0,89 et 0,91, malgré une masse de 6,5 milliards de soleils.