Un énorme anneau autour d’un trou noir

Cette image contient un ensemble impressionnant d’anneaux autour d’un trou noir, capturé avec l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et l’observatoire Neil Gerelswift. Les images aux rayons X des anneaux géants révèlent des informations sur la poussière dans notre galaxie, en utilisant des principes similaires à ceux utilisés dans les cliniques et les aéroports.

Les trous noirs font partie d’un système stellaire appelé V404 Cygni vers 7800. Année-lumière loin de la terre. Les trous noirs attirent activement la matière d’une étoile compagne, pesant la moitié de la masse du Soleil, dans un disque autour d’un objet invisible. Les astronomes appellent ces systèmes « binaires à rayons X » parce que ce matériau brille avec les rayons X.

Le 5 juin 2015, Swift a détecté une rafale de rayons X de V404 Cygni. Burst a créé une boucle à haute énergie d’un phénomène connu sous le nom de résonance lumineuse, où au lieu d’ondes sonores rebondissant sur le mur de la vallée, un écho lumineux a été créé autour de V404 Cygni lorsqu’une onde de rayons X a rebondi sur le système de trou noir. . poussière Remorquage entre le V404 Cygni et le sol. La poussière cosmique n’est pas comme la poussière domestique, c’est comme la fumée, elle est constituée de petites particules solides.

Dans cette image composite, les rayons X de Chandra (en bleu clair) sont combinés avec les données optiques du télescope PanSTARRS à Hawaï, montrant des étoiles dans le champ de vision. Cette image contient huit anneaux concentriques distincts. Chaque anneau est créé par les rayons X de la fusée éclairante V404 Cygni observée en 2015 et reflète divers nuages ​​de poussière. (L’illustration de l’artiste montre comment les boucles de scie Chandra et Swift ont été créées. Pour simplifier le dessin, l’illustration ne montre que quatre boucles au lieu de huit.)

Une équipe de chercheurs dirigée par Sebastian Heinz de l’Université du Wisconsin à Madison a effectué 50 observations rapides du système entre le 30 juin et le 25 août 2015 et du 11 au 25 juillet 2015. Nous avons analysé les observations de Chandra effectuées en. Placez le V404 Cygni entre les détecteurs afin qu’une autre explosion lumineuse n’endommage pas l’appareil.

L’épisode raconte aux astronomes non seulement le comportement des trous noirs, mais aussi le paysage entre le signal V404 et la Terre. Par exemple, le diamètre d’un anneau de rayons X révèle la distance jusqu’à un nuage de poussière intermédiaire qui rebondit sur la lumière. Lorsque les nuages ​​sont proches du sol, l’anneau semble grand et vice versa. Comme le sursaut de rayons X dure relativement peu de temps, l’écho optique apparaît sous la forme d’un anneau étroit plutôt que d’un anneau large ou d’un halo.

Les chercheurs ont également utilisé les anneaux pour examiner les propriétés du nuage de poussière lui-même. Ils ont comparé le spectre des rayons X (c’est-à-dire la luminosité des rayons X sur une gamme de longueurs d’onde) avec des modèles informatiques de poussières de différentes compositions. Différentes compositions de poussière absorbent différentes quantités de rayons X de faible énergie et sont indétectables par Chandra. Il s’agit d’un principe similaire à la façon dont différentes parties de notre corps et de nos bagages absorbent différentes quantités de rayons X et fournissent des informations sur leur structure et leur composition.

L’équipe a déterminé que la poussière contenait probablement un mélange de particules de graphite et de silicate. De plus, l’analyse de Chandra de l’anneau intérieur a révélé que la densité des nuages ​​de poussière n’était pas uniforme dans toutes les directions. Des études antérieures supposaient que ce n’était pas le cas.

Un article expliquant les résultats de V404 Cygni a été publié dans The Astrophysical Journal (preprint) publié le 1er juillet 2016. Les auteurs de cette étude sont Sebastian Heinz, Leah Corales (Université du Michigan). Randall Smith (Centre d’astrophysique | Harvard et Smithsonian); Neil Brandt (Penn State University); Peter Juncker (Institut néerlandais de recherche spatiale) ; Richard Protokin (Université du Nevada, Reno) ; et Joy Nelson (Université Villanova).

Cette découverte est en corrélation avec une découverte similaire du binaire à rayons X Circinus X-1, qui contient des étoiles à neutrons plutôt que des trous noirs, dans le numéro du 20 juin 2015 de The Journal d’astrophysique« Le Seigneur des Anneaux: Distance cinétique de l’écho de lumière à rayons X géant au Circinus X-1 » (preprint). L’étude a également été dirigée par Sebastian Heinz.

Plusieurs articles sont publiés chaque année sur l’étude de l’explosion V404 Cygni de 2015 qui a provoqué ces épisodes. Les explosions précédentes ont été enregistrées en 1938, 1956 et 1989, il faudra donc peut-être des années aux astronomes pour continuer à analyser l’explosion de 2015.