Des scientifiques découvrent un mécanisme d'énergie caché dans le trou noir M87
Des astrophysiciens de l'Université Goethe de Francfort ont simulé comment le trou noir supermassif M87* alimente son jet de particules massif à l'aide d'un nouveau code numérique. Leurs découvertes révèlent que la reconnexion magnétique, aux côtés du mécanisme traditionnel de Blandford-Znajek, extrait l'énergie de rotation du trou noir. Cette découverte explique les jets immenses qui influencent l'évolution des galaxies.
Le trou noir supermassif M87*, situé au centre de la galaxie M87, a une masse de six milliards et demi de masses solaires et tourne rapidement sur son axe. Il alimente un jet de particules éjecté à une vitesse proche de celle de la lumière, s'étendant sur 5 000 années-lumière. De tels jets dispersent l'énergie et la matière à travers l'univers et façonnent les galaxies.
Une équipe dirigée par le Prof. Luciano Rezzolla à l'Université Goethe de Francfort a développé le code de particules dans la cellule de Francfort pour les espaces-temps des trous noirs (FPIC). Ce code simule la conversion de l'énergie de rotation en jets de particules avec une grande précision. Les simulations montrent que, en plus du mécanisme de Blandford-Znajek — qui extrait l'énergie via des champs magnétiques forts —, la reconnexion magnétique joue un rôle clé. Dans ce processus, les lignes de champ magnétique se brisent et se réassemblent, convertissant l'énergie magnétique en chaleur, rayonnement et éruptions de plasma.
Le code FPIC a modélisé l'évolution des particules chargées et des champs électromagnétiques sous la gravité du trou noir, en résolvant les équations de Maxwell et les équations de mouvement pour les électrons et positrons selon la relativité générale d'Einstein. Ces calculs ont requis des millions d'heures CPU sur le superordinateur "Goethe" à Francfort et le "Hawk" à Stuttgart.
Dans le plan équatorial du trou noir, les simulations ont révélé une activité intense de reconnexion formant des chaînes de plasmoides — bulles de plasma énergétiques — se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. Cela génère des particules à énergie négative, alimentant les jets et les éruptions.
Le Dr Claudio Meringolo, principal développeur du code, a déclaré : "Simuler de tels processus est crucial pour comprendre la dynamique complexe des plasmas relativistes dans des espaces-temps courbes près d'objets compacts, qui sont régis par l'interaction de champs gravitationnels et magnétiques extrêmes."
Le Dr Filippo Camilloni a ajouté : "Nos résultats ouvrent la possibilité fascinante que le mécanisme de Blandford-Znajek ne soit pas le seul processus astrophysique capable d'extraire l'énergie de rotation d'un trou noir, mais que la reconnexion magnétique y contribue également."
Le Prof. Rezzolla a expliqué : "Avec notre travail, nous pouvons démontrer comment l'énergie est extraite efficacement des trous noirs en rotation et canalisée dans les jets. Cela nous permet d'aider à expliquer les luminosités extrêmes des noyaux galactiques actifs ainsi que l'accélération des particules à une vitesse proche de celle de la lumière."
La recherche s'appuie sur des observations historiques : En 1781, Charles Messier a décrit M87 comme une "nébuleuse sans étoiles", et son jet a été découvert en 1918. Les découvertes sont publiées dans The Astrophysical Journal Letters (2025 ; 992 (1) : L8).