Les trous noirs sont décrits dans la littérature populaire comme des entités cosmiques dévorant tout sur leur passage, mais ils possèdent pourtant des contraintes.
Les scientifiques ont remarqué récemment que les trous noirs actifs basculent entre deux régimes d'émission distincts. La projection d'un jet de plasma à très grande vitesse coïncide avec l'affaiblissement d'émission du vent solaire et des rayons X, et inversement. Cette oscillation évoque le mouvement d'une balançoire cosmique, indiquant que ces objets ne parviennent pas à mener toutes leurs actions en même temps.
Illustration d'un trou noir avec un disque d'accrétion et un jet à haute énergie.
Crédit: NASA/JPL-Caltech.
Le système 4U 1630-472 a fait l'objet de cette étude. Dans ce dernier, un trou noir d'environ dix masses solaires capte de la matière provenant d'une étoile compagne. Grâce à l'instrument NICER de la NASA, installé sur la Station spatiale internationale (ISS), et au radiotélescope MeerKAT, l'équipe a pu suivre ce phénomène pendant trois ans. Ces travaux ont confirmé que le disque d'accrétion, constitué par la matière arrachée, demeure stable, alors que les émissions présentent des fluctuations.
Bien que la matière volée forme un disque tourbillonnant autour du trou noir, une partie en est expulsée, soit sous forme de vent, soit sous forme de jet. Les chercheurs ont observé que ces deux types d'émission ne surviennent jamais de manière concomitante, signe d'une rivalité pour une même ressource. Pour les scientifiques, cela met en évidence un mécanisme interne où jets et vents se disputent l'énergie disponible, modifiant ainsi la dynamique du système.
Malgré cette alternance, la quantité totale d'énergie et de masse éjectée se maintient à un niveau constant. Cette constance laisse penser à un mécanisme d'auto-régulation par lequel le trou noir préserve un équilibre dans ses émissions, vraisemblablement sous l'influence de l'agencement des champs magnétiques au sein du disque. Selon les auteurs de l'étude, ce n'est pas le volume de matière absorbée qui détermine le basculement, mais plutôt la configuration de ces champs.
Cette régulation a des répercussions sur l'environnement galactique. Étant donné que le gaz et la poussière expulsés servent de matériaux de base pour la genèse de nouvelles étoiles, l'alternance entre jets et vents est susceptible d'affecter la formation stellaire et, par extension, de modeler l'évolution des galaxies. Les trous noirs jouent ainsi un rôle de régulateurs, redistribuant une partie de la matière dans leurs alentours.
Les champs magnétiques dans les trous noirs
Au sein du disque d'accrétion entourant un trou noir, les champs magnétiques émergent des mouvements turbulents du plasma chauffé. Leur intensité peut devenir considérable et ils influencent directement la manière dont la matière est éjectée. Ces champs opèrent comme des guides, orientant l'énergie soit vers les jets, soit vers les vents détectés par les astronomes.
Une configuration particulière des champs magnétiques peut privilégier l'émission de jets de plasma à haute vitesse. En revanche, une autre organisation favorise plutôt l'expulsion de matière sous forme de vents cosmiques et de rayons X. Cette dualité explique pourquoi un trou noir ne génère pas les deux types d'émissions en même temps, les champs magnétiques entrant en concurrence pour capter l'énergie disponible.
Les observations du système 4U 1630-472 montrent que l'alternance entre jets et vents est liée à la réorganisation des champs magnétiques dans le disque. Ce phénomène ne dépend pas de la quantité de matière absorbée, mais plutôt de l'évolution interne du système. L'étude de ces processus aide à cartographier comment les champs magnétiques gouvernent l'activité des trous noirs.