La lentille gravitationnelle a permis au télescope à rayons X Chandra de mesurer très précisément la vitesse de rotation d'un trou noir dans l'une des galaxies de la constellation Pegasus. Il s'est avéré qu'il se déplaçait autour de l'axe presque aussi vite que la lumière, écrivent des scientifiques dans l'Astrophysical Journal.
Toute grande masse de matière interagit avec la lumière et fait plier ses rayons de la même manière que les lentilles optiques ordinaires. Les scientifiques appellent cet effet lentille gravitationnelle. Dans certains cas, la courbure de l'espace aide les astronomes à voir des objets ultra-distants - les premières galaxies de l'Univers et leurs noyaux de quasar - qui seraient inaccessibles pour l'observation depuis la Terre sans «augmentation» gravitationnelle.
Si deux quasars, galaxies ou autres objets sont situés presque exactement l'un derrière l'autre pour les observateurs sur Terre, un phénomène intéressant se produit. La lumière d'un objet plus éloigné se divise lors du passage à travers la lentille gravitationnelle du premier objet. Pour cette raison, nous verrons non pas deux, mais cinq points lumineux, dont quatre seront des "copies" légères d'un objet plus éloigné.
Cette structure est souvent appelée la «croix d'Einstein» en raison du fait que son existence est prédite par la théorie de la relativité. Plus important encore, cette même théorie dit que chaque copie d'un objet sera une «photographie» d'un quasar, d'une galaxie ou d'une supernova à différentes périodes de leur vie en raison du fait que leur lumière a passé différents temps à sortir de la lentille gravitationnelle.
Xinyu Dai de l'Université d'Oklahoma à Norman (États-Unis) et ses collègues ont utilisé les croix d'Einstein pour résoudre un problème que de nombreux autres astronomes pensaient auparavant impossible - ils ont pu mesurer directement la vitesse de rotation de plusieurs trous noirs supermassifs.
Dans le passé, de telles mesures n'étaient effectuées qu'indirectement, car le trou le plus noir, malgré son énorme masse, ne peut être vu et mesuré. Dai et ses collègues ont attiré l'attention sur le fait que la masse et la vitesse de rotation d'un trou noir se reflètent dans l'apparence de ses rayons X et dans la taille de la région où il est né.
Cette région est presque aussi petite que l'horizon des événements du trou noir lui-même, ce qui la rend pratiquement impossible à voir dans des conditions normales. D'autre part, les croix d'Einstein vous permettent de le faire si elles se chevauchent ou se chevauchent avec d'autres types de lentilles gravitationnelles.
Guidés par cette idée, les astrophysiciens ont étudié des photographies du ciel nocturne prises par "Chandra" et ont trouvé cinq quasars à la fois, dont la lumière était amplifiée de la même manière. L'un d'eux, Q2237 + 0305, a été si bien amplifié que les scientifiques ont pu mesurer la vitesse de rotation du trou noir avec une précision record.
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Cet objet, situé dans la constellation de Pégase à une distance de 8 milliards d'années-lumière de la Terre, se déplace sur son axe à une vitesse incroyablement rapide, environ 70% de la vitesse de la lumière. Les nouvelles estimations se sont avérées significativement plus élevées que les prédictions obtenues indirectement, et elles ne sont que 8% inférieures à la valeur maximale autorisée par la théorie.
Grâce à une rotation aussi rapide, la Terre ou tout autre objet à proximité de ce trou noir resterait stable et ne tomberait pas dessus même s'ils n'étaient que 2-3 fois plus éloignés de l'horizon des événements que la distance entre centre Q2237 + 0305 et cette ligne imaginaire.
Fait intéressant, les quatre autres objets avaient une vitesse de rotation «normale», qui était environ la moitié de celle de Q2237 + 0305. Pourquoi il en est ainsi, les scientifiques ne peuvent pas encore le dire, mais ils supposent que ces différences reflètent ce qui est arrivé à leurs galaxies dans un passé lointain.