Les astronomes ont observé directement un trou noir supermassif tordant le tissu de l’espace-temps autour de lui, confirmant une prédiction vieille d’un siècle de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Le phénomène, connu sous le nom de frame-dragging ou effet Lense-Thirring, a été détecté dans une étoile déchirée par la gravité du trou noir, fournissant une preuve sans précédent de la façon dont ces géants cosmiques déforment la réalité.
La science derrière l’espace-temps
La théorie d’Einstein de 1915 proposait que la masse déforme l’espace-temps – le concept unifié de l’espace et du temps – créant ce que nous ressentons comme la gravité. Des objets plus massifs créent de plus grandes distorsions. En 1918, Josef Lense et Hans Thirring montrèrent mathématiquement que des objets massifs en rotation traînaient l’espace-temps avec leur mouvement, comme une toupie tirant l’eau dans un tourbillon. Cet effet est notoirement difficile à mesurer directement.
Pourquoi est-ce important : La confirmation du frame-draging offre un nouvel outil pour étudier les trous noirs. Nous pouvons désormais sonder leur rotation, la façon dont ils dévorent la matière (par le biais d’événements de perturbation des marées, ou TDE) et les puissants jets d’énergie qu’ils émettent.
Preuve vacillante d’un festin stellaire
L’observation se concentre sur un événement de perturbation de marée (TDE) appelé AT2020afhd, au cours duquel une étoile s’est aventurée trop près d’un trou noir supermassif. La gravité du trou noir a étiré l’étoile en un brin de matière – un processus surnommé « spaghettification » – avant de la consommer. Alors que les débris stellaires tourbillonnaient dans un disque d’accrétion autour du trou noir, l’équipe a remarqué une oscillation rythmique dans ses émissions de rayons X et radio.
Cette oscillation, qui se répète tous les 20 jours terrestres, n’est pas le fruit du hasard. Cela correspondait à la signature attendue du frame-drag : le trou noir tordant littéralement l’espace qui l’entoure.
Comment l’observation a été réalisée
L’équipe a utilisé les données de l’observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA (observations à rayons X) et du très grand réseau Karl G. Jansky (ondes radio) pour suivre le TDE. Contrairement aux TDE précédents, l’AT2020afhd a présenté des changements de signal à court terme qui ne pouvaient pas être expliqués par une libération d’énergie ordinaire. Cela a confirmé les soupçons de l’équipe selon lesquels le trou noir traînait de l’espace autour de lui.
“Notre étude montre la preuve la plus convaincante à ce jour de la précession de Lense-Thirring… un trou noir entraînant avec lui l’espace-temps”, a déclaré Cosimo Inserra de l’Université de Cardiff. “C’est un véritable cadeau pour les physiciens.”
Gravitomagnétisme et recherche future
La découverte suggère que les objets massifs en rotation génèrent un « champ gravitomagnétique », similaire à la façon dont les objets chargés en rotation créent des champs magnétiques. Cela ouvre de nouvelles voies pour comprendre la physique des trous noirs et les environnements extrêmes qui les entourent. Une analyse plus approfondie pourrait affiner notre compréhension du frame-drag et de ses implications pour l’univers.
En conclusion : L’observation de l’espace-temps entraîné par un trou noir n’est pas seulement une confirmation de la théorie d’Einstein mais une étape cruciale pour percer les mystères de ces mastodontes cosmiques. Il fournit une nouvelle méthode pour sonder les trous noirs, leurs habitudes alimentaires et les processus violents qu’ils déclenchent, offrant ainsi un aperçu plus approfondi de la physique la plus extrême du cosmos.
