150 000 kilomètres par seconde. C’est la vitesse à laquelle la matière fuse hors du trou noir Cygnus X-1, soit exactement la moitié de la vitesse de la lumière. Et la puissance derrière cette éjection ? L’équivalent de 10 000 fois l’énergie rayonnée par notre Soleil. Un chiffre qu’on ne pouvait, jusqu’ici, tout simplement pas mesurer.
Publié en avril 2026 dans Nature Astronomy, le travail de Steve Prabu et de son équipe internationale marque un tournant. Pour la première fois, ils ont déterminé la puissance cinétique instantanée d’un jet de trou noir, une valeur jusque-là inaccessible, là où seule la puissance moyenne pouvait être calculée. La nuance est capitale : ce n’est pas une estimation lissée sur des millénaires, c’est un instantané. Une photo de la violence à l’œuvre, prise en temps réel.
À retenir
- Comment mesurer l’invisible ? Des astrophysiciens trouvent une astuce naturelle dans un système binaire à 7 200 années-lumière
- Un chiffre précis enfin obtenu après 60 ans de tentatives : ce que cela change pour les modèles cosmologiques
- Les trous noirs agissent comme des thermostats galactiques, mais jusqu’ici, on ne savait pas régler le thermostat
Sommaire
- Le problème que personne n’avait résolu depuis soixante ans
- L’astuce du vent : lire la courbure pour mesurer la force
- 10 % : le chiffre qui rebat les cartes cosmologiques
- Un premier résultat qui en appelle beaucoup d’autres
Le problème que personne n’avait résolu depuis soixante ans
Situé à environ 7 200 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cygne, Cygnus X-1 abrite le premier trou noir jamais identifié, il y a plus d’un demi-siècle, ainsi qu’une étoile supergéante bleue qui lui tient compagnie. Le duo tourne en orbite l’un autour de l’autre avec une période de 5,6 jours, l’étoile nourrissant sans relâche le trou noir de son propre vent stellaire.
Le problème, c’est que mesurer la puissance d’un jet de trou noir relevait jusqu’alors de l’estimation indirecte, grossière. Les mesures précédentes se fondaient sur les bulles creusées dans les nuages de gaz environnants, des effets qui avaient pu mettre des milliers d’années à se former, produisant ainsi des puissances moyennes étirées sur des millénaires. La nouvelle mesure, elle, représente la puissance du jet à l’échelle d’environ une heure après son émission. avant, on mesurait la taille d’une cicatrice pour deviner la force du coup. Maintenant, on voit le poing.
L’absence de mesures instantanées avait contraint les modèles de rétroaction cinétique à s’appuyer sur des hypothèses arbitraires quant à la quantité de puissance de jet libérée par unité de masse accrétée. Ce n’est pas un détail technique : ces modèles servent à simuler la formation des galaxies à l’échelle de l’Univers entier. Une hypothèse fausse à la base, et c’est tout l’édifice cosmologique qui vacille.
L’astuce du vent : lire la courbure pour mesurer la force
En s’appuyant sur 18 années d’imagerie radio à haute résolution, l’équipe a détecté une courbure des jets de Cygnus X-1, induite par le vent stellaire de l’étoile compagne dans le système binaire. C’est là que réside le génie de la méthode : utiliser un obstacle naturel, le vent de l’étoile, comme un dynamomètre cosmique.
L’impact du vent peut dévier le jet, ce qui, combiné au mouvement orbital du trou noir, engendre une trajectoire hélicoïdale. La trajectoire globale du jet est déterminée par les intensités relatives du flux de quantité de mouvement du vent et du flux de quantité de mouvement du jet. Si les paramètres du vent sont connus, il devient possible de mesurer instantanément la puissance, la vitesse, la géométrie et tout désalignement entre le jet et le système binaire. En pratique, l’équipe a mesuré l’angle de courbure de ces « jets dansants », puis modélisé les interactions pour en extraire la puissance réelle.
Pour y parvenir, les scientifiques ont utilisé un radiotélescope « virtuel » de la taille de la Terre, obtenu par interférométrie : plusieurs antennes dispersées sur plusieurs continents, synchronisées pour former un seul instrument d’une résolution inégalée. Steve Prabu, alors à l’université Curtin en Australie, et son équipe ont fondé leurs conclusions sur 18 années d’imagerie radio haute résolution obtenue par ce réseau mondial de télescopes.
10 % : le chiffre qui rebat les cartes cosmologiques
La vitesse et la puissance brute du jet font impression. Mais la découverte qui va réellement changer la façon dont les astrophysiciens modélisent l’Univers est ailleurs. Une découverte clé de cette étude est que 10 % de toute l’énergie libérée lorsque la matière tombe vers le trou noir est emportée par les jets. Dix pour cent. Une proportion précise, mesurée pour la première fois, là où les modèles ne faisaient que supposer.
Ce ratio n’est pas anodin. Les jets représentent un canal majeur de rétroaction cinétique des trous noirs accrétants vers leur environnement, sans lequel les modèles de formation des grandes structures de l’Univers échouent à reproduire les propriétés observées des galaxies. En clair : sans jets suffisamment puissants, les galaxies dans les simulations grossissent trop vite, trop grandes. Les trous noirs, par leurs éjections, régulent la croissance des galaxies comme un thermostat cosmique.
On observe que ces jets génèrent des chocs à grande échelle, polluent le gaz interstellaire avec des champs magnétiques et des rayons cosmiques, créent une turbulence à grande échelle et vident de vastes cavités gazeuses à l’échelle des groupes et amas de galaxies. Ce que la nouvelle mesure apporte, c’est une donnée d’entrée solide pour caler ces simulations sur la réalité, plutôt que sur des conjectures.
Un premier résultat qui en appelle beaucoup d’autres
Cygnus X-1 n’est qu’un point de départ. Steve Prabu prévoit d’appliquer des techniques similaires à d’autres trous noirs. La méthode, fondée sur la courbure induite par un vent stellaire, pourrait théoriquement fonctionner sur tout système binaire où un compagnon stellaire massif est présent. Le catalogue des candidats potentiels dans notre galaxie est loin d’être négligeable.
Ce qui rend cette étude particulièrement solide, c’est aussi ce qu’elle confirme. Ces mesures valident une prédiction faite par des astronomes de l’université du Wisconsin-Madison il y a une dizaine d’années. En astronomie, dix ans d’attente pour qu’une prédiction soit vérifiée est presque de la célérité. Le trou noir de Cygnus X-1, lui, n’a pas attendu : il éjecte de la matière à la moitié de la vitesse de la lumière depuis des millions d’années, indifférent au fait qu’on soit enfin capable de le mesurer.
Sources : lapresse.ca | futura-sciences.com