Des physiciens ont récemment évalué la vitesse de rotation de Sagittaire A* (Sgr A*), le trou noir supermassif au centre de notre Galaxie, utilisant l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Or, les résultats révèlent qu’elle se rapproche de la limite maximale définie par la largeur d’un tel objet.
La rotation des trous noirs : un phénomène unique
Contrairement aux objets cosmiques solides tels que les planètes et les étoiles, les trous noirs ne possèdent pas de surface physique discernable. Leur rotation est définie par le moment cinétique, une propriété qui n’a pas d’équivalent direct dans le contexte des objets ordinaires. Cette rotation a pour effet de courber et de tordre l’espace-temps autour du trou noir, créant ainsi une région appelée l’ergosphère. Elle se définit ainsi comme une zone spécifique autour de ces objets où les effets de la rotation sont significatifs.
Le phénomène associé à la rotation d’un trou noir est quant à lui connu sous le nom de « frame dragging » ou « effet Lensing-Thirring ». Dans cette zone, la torsion de l’espace-temps est telle que tout objet ou particule qui entre dans l’ergosphère est inévitablement entraîné dans le mouvement de rotation de l’objet, qu’il s’agisse de matière, de lumière ou de toute autre entité.
La vitesse de rotation de Sagittaire A*
La vitesse maximale théorique d’un trou noir est intrinsèquement liée à deux facteurs principaux : sa croissance alimentaire et sa masse. Lorsqu’un trou noir absorbe de la matière provenant de son environnement, cette matière augmente le moment cinétique du trou noir, un paramètre qui mesure la rotation. Cependant, il existe une limite au moment cinétique qu’un trou noir peut atteindre.
Plus précisément, la croissance d’un trou noir est influencée par la quantité de matière qu’il peut ingérer et par les processus d’accrétion qui l’entourent. L’interaction entre le trou noir et son environnement, notamment les disques d’accrétion composés de matière en spirale, peut transférer le moment cinétique et affecter la rotation du trou noir. Cela signifie que même si un trou noir continue à absorber de la matière, il atteindra éventuellement une limite au niveau de son moment cinétique. La valeur de la vitesse de rotation est notée « a » et elle peut varier de 0 à 1.
En ce qui concerne le trou noir supermassif de notre Galaxie (Sgr A*,), dont la masse est équivalente à celle de 4,5 millions de soleils, des chercheurs ont récemment déterminé qu’il tournait sur lui-même à une vitesse proche de la limite maximale, avec une valeur comprise entre 0,84 et 0,96. Comparativement, celui retrouvé au centre de la galaxie M87, dont l’ombre a été photographiée pour la première fois en 2019, a une masse de 6,5 milliards de soleils et une vitesse de rotation entre 0,89 et 0,91 malgré sa masse impressionnante.
Pour en arriver à ces résultats, les chercheurs ont examiné les rayons X et les ondes radio émis par les sorties de matière autour de l’objet grâce à l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA.
Quelles implications astrophysiques ?
La découverte que ce trou noir supermassif tourne à une vitesse proche de la limite maximale a des implications importantes pour notre compréhension de la formation des trous noirs et des processus astrophysiques associés. En effet, rappelons que la vitesse de rotation de ces objets est liée à leur histoire d’alimentation en matière. Ces observations permettent également de tester et de valider les modèles théoriques de l’accrétion de matière sur les trous noirs supermassifs. Cela contribue à affiner notre compréhension des phénomènes astrophysiques impliqués.
Enfin, notez que la rotation rapide de Sgr A* a des effets sur l’environnement stellaire autour de lui, notamment à travers le « frame dragging ». Comprendre ces effets peut ainsi aider à expliquer les mouvements et les interactions des étoiles proches évoluant autour de lui.
Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
