Publié le 6 octobre 2025 à 23h08. Les trous noirs, ces objets célestes réputés pour engloutir toute matière, émettent également des jets de particules à des vitesses proches de celle de la lumière. Une nouvelle simulation informatique permet de mieux comprendre le mécanisme qui propulse ces éjections cosmiques.
- Une équipe allemande a développé un code de simulation capable de modéliser avec précision le comportement du plasma autour des trous noirs.
- Cette simulation confirme le mécanisme de Blandford-Znajek, qui explique comment les trous noirs rotatifs extraient de l’énergie et la canalisent dans des jets.
- Les résultats révèlent des détails inédits sur la formation de structures plasmiques au sein de l’ergosphère, la région entourant l’horizon des événements.
Les trous noirs, ces régions de l’espace où la gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper, fascinent et déconcertent les astrophysiciens depuis des décennies. Un paradoxe majeur réside dans leur capacité à non seulement aspirer la matière environnante, mais aussi à éjecter des jets de particules à des vitesses relativistes – c’est-à-dire proches de la vitesse de la lumière (environ 300 000 kilomètres par seconde). Ces jets peuvent s’étendre sur des dizaines de milliers, voire des millions d’années-lumière, atteignant des dimensions comparables à celles de galaxies entières. Le jet émis par la galaxie M87, par exemple, s’étend sur plus de 5 000 années-lumière et est observable depuis la Terre avec des télescopes performants.
Les théories actuelles suggèrent que la clé de ce phénomène se trouve dans la région située à proximité de l’horizon des événements, la limite au-delà de laquelle rien ne peut échapper à l’attraction gravitationnelle du trou noir. C’est là que la matière en chute libre est chauffée à des températures extrêmes et transformée en plasma, un gaz composé de particules chargées. Ce plasma génère à son tour de puissants champs magnétiques. En raison de la rotation du trou noir, ces champs magnétiques s’enroulent et agissent comme des sortes de câbles cosmiques, accélérant les particules subatomiques et les propulsant sous forme de jets.
Ce processus, décrit par le mécanisme de Blandford-Znajek proposé en 1977, suggère que les trous noirs agissent comme de véritables dynamos cosmiques. Cependant, reproduire ce phénomène dans des simulations informatiques s’est avéré extrêmement difficile. Les algorithmes existants étaient incapables de combiner les équations de la relativité générale, qui décrivent la gravité, avec le suivi précis de millions de particules chargées dans un espace-temps déformé. Les chercheurs étaient donc contraints d’utiliser des modèles simplifiés, traitant le plasma comme un fluide continu, ce qui les éloignait de la réalité du comportement d’un trou noir.
Une récente étude menée par une équipe allemande a franchi une étape décisive. Les scientifiques ont développé un nouveau code de simulation, baptisé FPIC (Frankfurt Particle-In-Cell code for Black hole spacetime – Code de particules en cellule de Francfort pour l’espace-temps des trous noirs), capable de simuler le plasma particule par particule, en partant d’un état initial vide, plutôt que de le considérer comme un fluide. Grâce à ce code, douze simulations ont été réalisées sur un supercalculateur de haute performance, permettant de suivre l’évolution de millions de particules et de champs magnétiques soumis à la gravité intense d’un trou noir tournant à différentes vitesses.
Les résultats ont confirmé avec une grande précision le mécanisme de Blandford-Znajek. Cela suggère que les jets relativistes ne sont pas le fruit d’artefacts liés à des modèles simplifiés, mais une propriété fondamentale de la nature. De plus, les simulations FPIC ont révélé des détails inédits, tels que la formation et la fragmentation de structures plasmiques appelées plasmoïdes au sein de l’ergosphère, la région située à l’extérieur de l’horizon des événements.
Pour les chercheurs, cette avancée renforce la théorie selon laquelle les trous noirs utilisent les champs magnétiques et les courants électriques pour propulser des particules à des vitesses proches de celle de la lumière. « Avec notre travail, nous démontrons comment les trous noirs rotatifs extraient efficacement l’énergie et la canalisent vers les jets. Cela nous permet de mieux comprendre ces phénomènes cosmiques », expliquent les auteurs de l’étude, publiée dans les Astrophysical Journal Letters.
Une illustration de jets de particules émanant du trou noir au centre de la galaxie Centaurus A, capturée par le télescope spatial Hubble, illustre la puissance et la complexité de ces phénomènes cosmiques.
