La lumière vive des trous noirs causée par les ondes de choc des particules •

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  • Les scientifiques ont signalé un “énorme bond en avant” dans la compréhension de la lumière et d’autres rayonnements électromagnétiques émis par les trous noirs à l’aide du télescope spatial IXPE de 188 millions de dollars récemment déployé par la NASA.

    Des faisceaux d’électrons s’écrasent sur des particules plus lentes, provoquant une onde de choc qui se traduit par un rayonnement électromagnétique sur les bandes de fréquences allant des rayons X à la lumière visible, selon un article de recherche publié dans Nature cette semaine.

    Les astronomes ont observé pour la première fois des sources radio quasi-stellaires ou quasars au début des années 1960. Cette nouvelle classe d’objets astronomiques était un casse-tête. Ils ressemblaient à des étoiles, mais ils rayonnaient également très fort aux fréquences radio, et leurs spectres optiques contenaient d’étranges raies d’émission non associées aux étoiles “normales”. En fait, ces objets étranges sont de gigantesques trous noirs au centre de galaxies lointaines.

    Accélération de particules dans le jet émis par un trou noir supermassif. Crédit illustration : Liodakis et al/Nature

    Les progrès de la radioastronomie et des satellites d’observation des rayons X ont aidé les scientifiques à comprendre que le rayonnement anormal est causé par un flux de particules chargées accélérées à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. S’il pointe vers la Terre, le quasar générateur peut être appelé un blazar. Leur rayonnement électromagnétique peut être observé depuis les ondes radio à travers le spectre visible jusqu’aux rayons gamma à très haute fréquence.

    Mais le mystère demeure quant à la façon dont les particules très rapides finissent par émettre le rayonnement.

    Pour faire la lumière sur le phénomène, Ioannis Liodakis, chercheur postdoctoral à l’Université de Turku, en Finlande, a utilisé les données du télescope spatial Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA, conçu pour observer et mesurer les rayons X.

    Liodakis et ses collègues ont utilisé la capacité du nouveau kit à mesurer la polarisation des rayons X (polarimétrie des rayons X) pour tenter d’obtenir des informations vitales.

    En comparant les données des rayons X polarisés avec les données sur la lumière visible polarisée optique, les scientifiques sont parvenus à la conclusion que le rayonnement électromagnétique résultait d’une onde de choc dans le flux de particules chargées émises par le trou noir (voir figure).

    Dans un article d’accompagnement, Lea Marcotulli, boursière postdoctorale Einstein de la NASA à l’Université de Yale, a déclaré : “De telles ondes de choc se produisent naturellement lorsque des particules voyageant à une vitesse proche de la lumière rencontrent des matériaux plus lents le long de leur chemin. Les particules voyageant à travers cette onde de choc perdent du rayonnement. rapidement et efficacement – et, ce faisant, ils produisent des rayons X polarisés. Au fur et à mesure que les particules s’éloignent du choc, la lumière qu’elles émettent rayonne avec des fréquences progressivement plus basses et devient moins polarisée.

    Marcotulli a déclaré que le travail de Liodakis était le premier blazar jamais observé à travers la lentille d’un polarimètre à rayons X, et les résultats étaient “éblouissants”.

    “Les jets Blazar sont parmi les accélérateurs de particules les plus puissants de l’Univers. Leurs conditions ne pourraient jamais être reproduites sur Terre, ils fournissent donc d’excellents ‘laboratoires’ dans lesquels étudier la physique des particules. Des milliers de blazars ont maintenant été détectés, et à chaque accès accessible. longueur d’onde, mais les mécanismes par lesquels les particules sont émises et accélérées restent insaisissables.Les données polarimétriques multi-longueurs d’onde de Liodakis et de ses collègues fournissent des preuves claires du mécanisme d’accélération des particules… faisant des résultats des auteurs un tournant dans notre compréhension des blazars.

    “Cet énorme bond en avant nous rapproche encore un peu plus de la compréhension de ces accélérateurs de particules extrêmes, dont la nature a fait l’objet de nombreuses recherches depuis leur découverte.”

    En décembre de l’année dernière, une fusée SpaceX Falcon 9 a lancé la mission IXPE de la NASA en orbite depuis le Kennedy Space Center de Floride. Il est conçu pour observer les restes de supernovae, de trous noirs supermassifs et d’autres objets à haute énergie.

    Le projet a obtenu le feu vert pour la première fois en 2017 et devait coûter 188 millions de dollars – un prix modeste par rapport aux plus grandes missions de la NASA sur le programme phare souvent évaluées à plus d’un milliard de dollars. ®

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