Les astronomes utilisant le Event Horizon Telescope (EHT) ont capturé les observations les plus détaillées à ce jour d’un système binaire de trous noirs supermassifs, situé à 1,6 milliard d’années-lumière dans le quasar OJ287. L’étude révèle un comportement inédit des jets émis par ces géants cosmiques, ouvrant une nouvelle fenêtre sur la physique complexe régissant ces environnements extrêmes.
Jets tordus et dynamique des ondes de choc
L’EHT, célèbre pour avoir photographié les premiers trous noirs (M87 en 2019 et Sagittarius A en 2022), se concentre désormais sur la compréhension des jets de trous noirs, de puissants flux d’énergie et de particules éjectés à une vitesse proche de la lumière. Les observations d’OJ287 ont révélé que deux ondes de choc parcouraient le jet à des vitesses différentes. La principale découverte : ces chocs interagissent avec les instabilités des champs magnétiques environnants, créant un jet tordu et hautement structuré, contrairement à tout ce qui a été observé auparavant.
Ceci est important car les jets ne sont pas de simples explosions aléatoires ; leur structure contient des indices sur le comportement du trou noir et sur la physique qui l’entoure. La forme torsadée observée, combinée aux variations de polarisation, confirme que le jet est imprégné d’un champ magnétique hélicoïdal, une propriété fondamentale qui a été théorisée mais jamais directement visualisée jusqu’à présent.
Changements rapides et mouvements inattendus
L’équipe a capturé des instantanés d’OJ287 à seulement cinq jours d’intervalle en avril 2017, révélant des changements substantiels dans la structure et la polarisation du jet. Il s’agit de l’intervalle de temps le plus court observé dans de tels changements, offrant un aperçu sans précédent de la façon dont ces systèmes évoluent. Les changements observés ne correspondent pas aux modèles existants basés sur la précession des avions à réaction, ce qui suggère que les chocs et les instabilités jouent un rôle plus critique qu’on ne le pensait auparavant.
Les données impliquent que l’énergie cinétique domine l’énergie magnétique dans les régions internes du jet, entraînant des instabilités de Kelvin-Helmholtz, des vortex qui tordent et déforment le flux du jet. Cela explique le mouvement non balistique observé des particules dans le jet, ce qui signifie qu’elles ne se déplacent pas en lignes droites comme prévu par des modèles plus simples. Au lieu de cela, ils suivent un chemin chaotique, mais prévisible, façonné par les champs magnétiques et les chocs.
Un laboratoire unique pour la physique des trous noirs
OJ287 est un système idéal pour ces observations car ses trous noirs supermassifs éclatent périodiquement lors de violentes explosions. Cela en fait un laboratoire naturel pour étudier la dynamique des trous noirs. Les résultats de l’EHT confirment que les chocs interagissent avec les instabilités, éclairant la structure hélicoïdale du champ magnétique et générant les oscillations de polarisation observées.
“Ces rotations dans des directions opposées sont une preuve irréfutable”, a déclaré José L. Gómez, chef de l’équipe de recherche. “Lorsque les composants de l’onde de choc interagissent avec l’instabilité de Kelvin-Helmholtz, ils éclairent différentes phases de la structure hélicoïdale du champ magnétique, produisant les oscillations de polarisation que nous observons.”
L’étude met en évidence la capacité croissante de l’EHT à aller au-delà de l’imagerie et à entrer dans le domaine de l’analyse physique détaillée. Cela confirme que les données à haute résolution peuvent visualiser les instabilités des avions, les chocs et les champs magnétiques en action, renforçant ainsi notre compréhension de ces phénomènes puissants.
Ces nouvelles observations affineront les modèles théoriques des jets de trous noirs, offrant ainsi un aperçu de la manière dont l’énergie est libérée par ces moteurs cosmiques et de l’évolution des galaxies.
