Au cœur de la Voie lactée, à 26 000 années-lumière de la Terre, Sagittarius A* trône depuis environ 9 milliards d’années, vraisemblablement né d’une fusion cataclysmique, lorsque l’Univers était encore relativement jeune. Avec ses 4 millions de masses solaires concentrées dans un volume inférieur à celui de notre Système solaire, ce trou noir supermassif est le centre gravitationnel autour duquel tourne lentement toute notre galaxie. Mais Sgr A*, de son surnom, posait un problème théorique très encombrant à la communauté astrophysique : il est anormalement calme et silencieux par rapport aux monstres hyperactifs et ultra-lumineux observés dans d’autres galaxies.
Un comportement qui va complètement à l’encontre de la physique des trous noirs. Lorsque du gaz ou de la matière sont attirés vers l’horizon des évènements d’un trou noir, ils accélèrent jusqu’à frôler la vitesse de la lumière, générant une pression et une énergie suffisantes pour expulser une partie de la matière vers l’extérieur, sous forme de vents ou de jets. Ce phénomène n’avait jamais pu être confirmé chez Sgr A*, tenant les astrophysiciens en échec depuis près de 50 ans. Une équipe de la Northwestern University (Evanston, Illinois), vient enfin d’en apporter la preuve, qu’ils ont expliqué dans une étude publiée le 4 juin dans la revue The Astrophysical Journal Letters.
Sagittarius A* : un trou noir finalement comme les autres
Pour observer Sgr A*, les télescopes doivent pointer vers le centre exact de la Voie lactée et traverser en ligne droite l’intégralité du plan galactique, soit des milliers d’années-lumière de gaz dense, de poussière et de plasma ionisé qui absorbent et déforment son rayonnement avant qu’il n’atteigne nos instruments. Voilà pourquoi il est si difficile à analyser par rapport à d’autres trous noirs supermassifs : ceux-ci se trouvent dans des galaxies que nous observons depuis l’extérieur, sans avoir à traverser leur disque.
Pour percer le voile opaque qui nous sépare de lui, Mark Gorski et Elena Murchikova, qui co-dirigent l’étude, ont choisi ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), un réseau de radiotélescopes installé au Chili, dont les antennes opèrent dans les longueurs d’onde millimétriques. Des ondes qui sont suffisamment pénétrantes pour traverser les nuages de gaz et de poussière interstellaires sans être absorbées.
Ils ont ensuite modélisé le rayonnement radio propre de Sgr A* pour le soustraire numériquement des données : en phase d’accrétion, un trou noir supermassif émet un rayonnement si intense qu’il sature toute image non corrigée, rendant invisibles les structures situées à moins d’un parsec (trois années-lumière environ). Une fois cette émission nettoyée, ils ont réussi à obtenir une cartographie du gaz moléculaire froid entourant Sgr A* 100 fois plus sensible aux émissions faibles et 80 fois plus précise dans la position et la forme des nuages de gaz que toutes les observations antérieures de la région.
Sur l’image, une zone leur a immédiatement sauté aux yeux : une zone conique de 45 degrés d’ouverture et d’un parsec de long où le gaz froid est absent, découpée dans un environnement qui en est partout ailleurs saturé. Une forme qui ne peut avoir qu’une explication : Sgr A* expulse bien des vents brûlants ; raison pour laquelle on ne les avait jamais détectés.
Le plasma chaud éjecté par le trou noir est invisible aux antennes d’ALMA, ce qui, par déduction impliquait qu’on ne pouvait les traquer que via leur effet sur l’environnement. ALMA ne cartographie que le gaz moléculaire froid, phase gazeuse thermodynamiquement incompatible avec un vent brûlant. Détecter ces vents revenait donc à chercher leur destruction sur le gaz froid : repoussé hors de leur axe ou chauffé jusqu’à cesser d’émettre dans ces fréquences, il laisse derrière lui ce cône vide qui signe leur passage.
Avant de crier victoire trop rapidement, Gorski et Murchikova ont croisé leurs données aux archives d’un autre observatoire de la NASA : Chandra. Situé en orbite elliptique autour de la Terre, ce télescope spatial observe le ciel en rayons X, des longueurs d’onde auxquelles le plasma chaud émet intensément, un spectre dans lequel ALMA ne peut opérer. « Quand on a superposé notre image à celle en rayons X, tout a commencé à prendre sens », rapporte Murchikova. En effet, Chandra avait déjà détecté d’intenses émissions en rayons X dans la zone de Sgr A* dont les contours se superposent exactement au cône vide repéré par ALMA. Forts de cette confirmation, les deux chercheurs ont ainsi pu en conclure que les vents de Sgr A* soufflent depuis au moins 20 000 ans : ils étaient indétectables pour la simple et bonne raison qu’ils n’avaient jamais été analysés avec les bons instruments. C’est une traque de 50 ans, très éprouvante, qui prend fin en ce mois de juin 2026.
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