Nouvelle étude : champs magnétiques chaotiques et turbulence plasmatique expliquent les rayons X des trous noirs

ParisDes chercheurs de l'Université d'Helsinki ont découvert pourquoi les trous noirs émettent des rayons X, un mystère qui intrigue les scientifiques depuis les années 1970. Ils ont établi que ces rayons X proviennent des interactions entre les champs magnétiques et le gaz plasma. Grâce à des simulations sur superordinateur, ils ont démontré que les champs magnétiques engendrent des turbulences dans le plasma, ce qui le réchauffe et entraîne l'émission de rayons X.

Des chercheurs ont examiné les disques de matière qui se forment autour des trous noirs. Lorsqu'une étoile massive s'effondre en trou noir, elle peut être accompagnée d'une étoile voisine. La matière de cette étoile compagne se dirige vers le trou noir et émet des rayons X lumineux sous forme de disque d'accrétion. Les scientifiques pensent que ces rayons X sont générés par des interactions entre le gaz et les champs magnétiques, semblables à ceux observés dans les éruptions solaires.

Principales découvertes :

• Les champs magnétiques chaotiques génèrent des turbulences dans le plasma autour des trous noirs.
• Ces turbulences chauffent le plasma, ce qui entraîne une émission de rayons X.
• Les effets quantiques jouent un rôle crucial dans la dynamique de ce plasma.
• Le plasma peut exister dans deux états d'équilibre sous l'influence d'une radiation externe.

Les turbulences observées dans les simulations sont si intenses que les effets quantiques deviennent significatifs. Dans le plasma d'électrons et de positrons, les photons peuvent se transformer en électrons et positrons, et vice versa. Cela est crucial puisque, en temps normal, ces particules n'apparaissent pas souvent ensemble. Les énergies élevées à proximité des trous noirs rendent ce phénomène possible.

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Intégrer ces effets quantiques dans les modèles a exigé beaucoup de temps, mais cela était crucial. Ce travail a permis de comprendre clairement l'origine du rayonnement X. Le plasma peut être transparent et froid ou dense et chaud en fonction du rayonnement externe. Cela explique les différents états de rayons X observés dans les disques d'accrétion.

L'étude a des implications significatives. En explorant ces environnements extrêmes, les scientifiques peuvent mieux comprendre les événements à haute énergie dans l'espace. Cela pourrait influencer les recherches futures en astrophysique et contribuer à la création de modèles plus précis.

Le projet a reçu un financement de 2,2 millions d'euros du Conseil Européen de la Recherche pour étudier l'interaction entre le plasma et les radiations. Les résultats, publiés dans Nature Communications, constituent une avancée majeure dans le domaine de l'astrophysique computationnelle du plasma.