Le mécanisme d’allumage des jets de trous noirs révélé

Image de sortie d’une simulation montrant la création d’électrons et d’antiélectrons

On observe couramment des jets de matière produits et propulsés à proximité de trous noirs supermassifs. Ce phénomène échappe pourtant à notre compréhension depuis des décennies. De nouvelles simulations numériques de pointe révèlent pour la première fois leur mécanisme d’allumage au plus près de l’horizon des trous noirs. Ces résultats ont été publiés dans la Physical Review Letters le 6 avril 2020.



Il est communément admis que la rotation du trou noir est à l’origine de la puissance du jet. On peut faire l’analogie avec une dynamo, dont la mise en rotation produirait un courant électrique. Cependant, où et comment les charges électriques conduisant ce courant sont générées est longtemps resté un mystère. L’environnement proche du trou noir est en effet rapidement vidé de toute matière.

Notre équipe a déterminé précisément où la création de matière a lieu. La matière trop proche du trou noir tombe dans celui-ci en raison de sa forte gravité. Inversement, la matière du jet est éjectée vers l’extérieur. Il existe donc entre les deux une « ligne de partage des eaux », séparant les écoulements allant vers le trou noir et s’en éloignant. Nous avons montré qu’une intense création de matière et d’antimatière a lieu à cette surface, par annihilation de photons de haute énergie émis par ces particules. Cela permet d’approvisionner continûment le jet en matière et de conduire le courant.

Ces simulations pourraient permettre d’interpréter les récentes images de l’ombre du trou noir M87*, et plus généralement de comprendre l’origine des jets de trous noirs supermassifs.

Image de sortie d’une simulation montrant la création d’électrons et d’antiélectrons (densité cadrant de droite) par l’annihilation de photons gamma de haute énergie (densité cadrant de gauche) autour d’un trou noir en rotation rapide (disque noir). L’allumage du jet du trou noir se réalise le long de la ligne blanche, l’équivalent d’une « ligne de partage des eaux » sur Terre.
Référence

Multidimensional Simulations of Ergospheric Pair Discharges around Black Holes, Benjamin Crinquand, Benoît Cerutti, Alexander Philippov, Kyle Parfrey, and Guillaume Dubus Phys. Rev. Lett. 124, 145101 – 6 April 2020
DOI

Contacts scientifiques locaux

– Benjamin Crinquand | IPAG | benjamin.crinquand [at] univ-grenoble-alpes.fr
– Benoît Cerutti | IPAG | benoit.cerutti [at] univ-grenoble-alpes.fr
– Guillaume Dubus | IPAG | guillaume.dubus [at] univ-grenoble-alpes.fr

Article initialement publié par l’UGA.

Publié le 21 avril 2020