Selon des astronomes, les mystérieux rayons gamma pourraient provenir de trous noirs endormis
La lumière et les particules les plus énergétiques de l’Univers représentent un mystère permanent : nous ne savons pas d’où elles viennent.
Bien sûr, nous pouvons en retracer certaines, mais il y a plus de rayonnements gamma et de neutrinos qui traversent l’Univers que ce que nous pouvons expliquer. Beaucoup plus. Et les astronomes viennent de trouver une explication pour certains d’entre eux : des trous noirs presque dormants.
Selon eux, cela permet d’expliquer l’excès de rayons gamma “mous” dans l’Univers sans faire appel aux électrons froids (non thermiques) – une explication qui a toujours été problématique, car les électrons se thermalisent sur des échelles de temps jugées trop courtes pour générer des particules de haute énergie.
Les rayons gamma et les neutrinos ne sont pas exactement rares. Le rayonnement gamma est la forme de lumière la plus énergétique de l’Univers, et il a été détecté à des énergies extraordinairement élevées, de l’ordre du téraélectronvolt.
Les neutrinos, ou particules fantômes, sont des particules presque sans masse qui traversent l’Univers en interagissant à peine avec quoi que ce soit. Nous les avons également détectées à des énergies élevées.
Pour obtenir ces énergies, les photons et les particules qui les composent nécessitent la présence d’un accélérateur cosmique. Il doit s’agir d’objets à haute énergie, tels que des restes de supernova ou un trou noir dévorant activement de la matière.
Mais même après avoir pris en compte ces sources de haute énergie, nous nous retrouvons avec un excès de rayons gamma dans les énergies “douces” plus basses, ainsi qu’un excès de neutrinos, difficiles à expliquer.
Selon une équipe de chercheurs dirigée par l’astronome Shigeo Kimura de l’université Tohoku au Japon, cet excès pourrait provenir d’une source inattendue : les trous noirs supermassifs qui sont presque, mais pas tout à fait, en sommeil – mais pas non plus entièrement actifs.
Lorsqu’un trou noir supermassif est actif, il est entouré d’un immense disque de poussière et de gaz qui est lentement siphonné par le trou noir. Les forces immenses en jeu dans l’espace entourant le trou noir chauffent la matière du disque de sorte qu’elle s’embrase dans toute une gamme de longueurs d’onde électromagnétiques, y compris le rayonnement gamma.
En outre, une partie de la matière est siphonnée autour de l’extérieur du trou noir, le long des lignes de son champ magnétique, qui agit comme un accélérateur, vers les pôles, où elle est lancée dans l’espace à un pourcentage important de la vitesse de la lumière.
On pense que chaque galaxie possède un trou noir supermassif en son centre, mais tous ne sont pas actifs. Le trou noir supermassif de notre galaxie, par exemple, est plutôt soporifique.
Selon Kimura et son équipe, l’excès de rayons gamma dans la gamme d’énergie inférieure – mégaélectronvolts plutôt que giga- ou téraélectronvolts – pourrait être produit par des trous noirs supermassifs qui s’accrètent à un niveau si bas qu’il est beaucoup plus faible pour nos télescopes ici sur Terre.
L’équipe a effectué des calculs et a compris comment cela pouvait fonctionner. Bien qu’il y ait moins de matière tourbillonnant autour de ces trous noirs non actifs, il y en a encore, et elle est toujours chauffée.
En fait, ce plasma chaud pourrait atteindre des milliards de degrés Celsius – suffisamment pour générer des rayonnements gamma de l’ordre des mégaélectronvolts, ou ce que nous appelons des rayons gamma “mous”.
Dans ce plasma, les protons peuvent être accélérés à des vitesses élevées. Lorsque ces protons à haute énergie interagissent avec le rayonnement et la matière, ils peuvent générer des neutrinos – ce qui explique également l’excès de neutrinos. Et il y a suffisamment de ces trous noirs supermassifs silencieux dans l’Univers pour expliquer au moins une proportion significative de ces signaux excédentaires.
Pour l’instant, il ne s’agit que d’une hypothèse, mais les calculs sont justes. Forts de ces informations, les astronomes devraient avoir une meilleure idée de ce qu’il faut rechercher dans les observations futures – et le mystère de ces rayons gamma inexplicables sera plus près d’être résolu.
Les recherches ont été publiées dans Nature Communications.
Lire aussi : C’est la première fois que des astronomes voient de la lumière provenant de l’autre côté d’un trou noir
Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
