« LHAASO » voit pour la première fois comment les trous noirs produisent les particules les plus énergétiques de l'univers

Comment les trous noirs accélèrent-ils les particules jusqu'aux énergies les plus élevées de l'univers ? Une étude récente apporte la réponse. Le 31 juillet, l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences a annoncé que l'Observatoire des rayons cosmiques de haute altitude (LHAASO, “Lasso”), une grande infrastructure scientifique nationale, a pour la première fois “vu clairement” le processus par lequel un trou noir produit régulièrement, tel un métronome, les particules les plus énergétiques de l'univers tout en absorbant la matière de son étoile compagne, et a identifié la première source variable de rayons gamma au pétaélectron-volt. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue National Science Review.

Cygnus X-3 est un système binaire situé dans la constellation du Cygne, composé d'un trou noir et d'une étoile compagne massive. La gravité y est extrêmement intense, et le trou noir absorbe frénétiquement le vent stellaire soufflé par son étoile compagne. “Lasso” a détecté que les rayons gamma émis par ce système atteignent des énergies extrêmement élevées, l'énergie des particules de rayons cosmiques correspondantes étant d'au moins 30 PeV (pétaélectron-volts), dépassant de loin les prédictions théoriques actuelles, ce qui en fait l'accélérateur de particules le plus énergétique connu de l'univers.

“C'est comme si nous voyions le trou noir émettre un ‘rot super’ après son repas, et de manière régulière.” Li Cong, co-auteur correspondant de l'article et chercheur associé à l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences, a expliqué que cette régularité se manifeste à deux niveaux : premièrement, les éruptions de très haute énergie observées par “Lasso” sont hautement synchronisées avec les éruptions de basse énergie observées par le télescope spatial Fermi à rayons gamma — quand la basse énergie est brillante, la haute énergie l'est aussi, et quand la basse énergie est faible, la haute énergie s'éteint complètement ; deuxièmement, ce signal varie selon un cycle de 4,8 heures, très rythmé, correspondant exactement au temps qu'il faut au trou noir et à l'étoile compagne pour orbiter l'un autour de l'autre.

Grâce à cette “cadence”, les chercheurs de l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences et d'autres institutions ont localisé avec précision la région où le trou noir accélère les particules, dans une échelle d'environ seulement 3 rayons solaires. C'est la localisation la plus précise jamais réalisée par l'humanité d'un accélérateur de particules cosmiques de très haute énergie.

“Voir clairement comment un trou noir accélère périodiquement des particules à des énergies aussi extrêmes signifie que nous ne prenons plus seulement des photos statiques de l'univers, mais que nous pouvons désormais filmer des vidéos en haute définition.” Li Cong a indiqué que cette découverte ouvre le domaine de l'astronomie temporelle de très haute énergie et ouvre de nouvelles voies pour explorer les états extrêmes de la gravité, des champs magnétiques et de la matière près des trous noirs. Actuellement, ces résultats ont déjà suscité un vif intérêt dans le domaine de l'astrophysique et sont devenus l'un des sujets les plus débattus lors des conférences professionnelles internationales.