Signature spectrale d’un trou noir en rotation proche de la vitesse de la lumière

En 2016, après avoir analysé pendant deux ans les émissions spectrales des éruptions périodiques de rayons X du trou noir U41630-47, obtenus par trois missions spatiales indépendantes différentes - Chandra/HEG, AstroSat et MAXI - le chef du projet, le Dr Mayukh Pahari, et ses collaborateurs ont pu déterminer la rotation et la masse du trou noir. Sa vitesse de rotation est estimée entre 92 et 95% de la vitesse de la lumière, avec une masse de 5 à 10 M (millions de masses solaires). 

La figure ci-dessous montre les signaux initiaux captés des éruptions de rayons X détectés par les missions MAXI donnés en nombre (axe vertical), par rapport au temps (axe horizontal). Ces spectres sont ensuite analysés, décomposés et ajustés pour obtenir les résultats publiés ici.

_{Fig.1: Éruptions de rayons X de 4U 1630-47 en 2016, observé par MAXI et Swift/BATBAT.}

Grâce à la modélisation indépendante des spectres de données à large bande obtenus par les trois missions et à l'utilisation de simulations informatiques - appelées simulations de Monte Carlo par chaîne de Markov - sur les paramètres spectraux ajustés, ils ont trouvé que les paramètres de rotation du trou noir 4U 1630–47, représentés sur la figure 2 ci-dessous, donnant la valeur de 0,88-0,96 de la vitesse de la lumière, indique la présence d'un trou noir à rotation ultra-rapide.

_{Figure 2: paramètre de spin pour trois ajustements spectraux conjoints différents.}

C'est la cinquième fois qu'un trou noir en rotation est aussi fermement caractérisé, et la raison d'un si petit nombre de cas par rapport au nombre de trous noirs détectés jusqu'à présent, repose sur le fait que les trous noirs en rotation sont très difficiles à détecter, comme l'explique le Dr Pahari ci-dessous.

 "Détecter les signatures qui nous permettent de mesurer le spin est extrêmement difficile. La signature est intégrée dans les informations spectrales qui sont très spécifiques à la vitesse avec laquelle la matière tombe dans le trou noir. De plus, les spectres sont souvent très complexes, principalement en raison du rayonnement de l'environnement autour du trou noir."

Parmi les caractéristiques intéressantes que les spectres d'émission révèlent, l'une des plus importantes est celle des éléments chimiques entourant le trou noir. Par exemple, le spectre Chandra/HEG (High Energy Grating) montre deux fortes absorptions aux taux d’énergies de 6,705 keV et 6,974 keV (voir Figure 3), qui, comme nous le savons par spectroscopie élémentaire, sont produites par l'élément fer (Fe) dans différents états d'oxydation (Fe XXV et Fe XXVI). La vitesse correspondante de l'écoulement est déterminée comme étant de 366 plus ou moins 56 kms/s. 

_{Fig. 3: Lignes d'absorption des spectres par le télescope Chandra, montrant deux fortes lignes d'absorption visibles à ∼6,7 et ∼6,97 keV, qui sont dues aux caractéristiques d'absorption ionisées Fe XXV et Fe XXVI, ajustées avec des profils d'absorption gaussiens} 

La perspective de RSF

Selon le modèle proposé par Haramein, le spin est à la base de la structure-même de l'espace-temps et produit des géométries localisées - vortex, tores - générant la masse. C’est pour cette raison que tout dans l'univers est en rotation, depuis les particules subatomiques jusqu’aux planètes, en passant par les galaxies et même au-delà. Le fait que tous les trous noirs tournent est difficile à détecter en raison des difficultés à mesurer leurs effets.

Crédit d'illustration : CXC/M. Weiss et Figures tirées de l'article original de l'IOP.

Article original en anglais : https://www.resonancescience.org/blog/Spectral%20Signatures%20of%20aBlack-Hole-spinning-at-almost-the-speed-of-light

En savoir plus :

Researchers discover black hole in our galaxy spinning rapidly around itself

AstroSat and Chandra View of the High Soft State of 4U 1630–47 (4U 1630–472):

Evidence of the Disk Wind and a Rapidly Spinning Black Hole

     

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