Une étude, dont les résultats intitulés «A quasi-periodic modulation of the iron line centroid energy in the black hole binary H 1743-322» sont publiés dans la revue MNRAS et disponibles en pdf sur arxiv.org, a permis pour la première fois de mettre en évidence, en observant H1743-322, un trou noir stellaire de notre Voie lactée, l'effet Lense-Thirring, un effet qui jusqu'ici avait été mesuré autour de la Terre.

Rappelons tout d'abord que l'effet Lense-Thirring* est un phénomène astrophysique de faible ampleur, qui est une conséquence de la relativité générale, pouvant être décrit comme une «sorte de tourbillon de l'espace autour d'un objet en rotation» (il a été prédit par les physiciens autrichiens Josef Lense et Hans Thirring dans leurs travaux sur la relativité générale en 1918).

Plus précisément, il s'agit d'une correction relativiste à prendre en compte pour un objet en rotation qui échappe à la mécanique newtonienne. Il en résulte, par exemple, «qu’un gyroscope en orbite autour de la Terre subira des modifications de la direction de son axe initialement pointé vers une étoile, comme s'il était dans un référentiel en rotation».

Alors que, jusqu'ici, cet effet avait été observé près de la Terre, «grâce à l’expérience à bord du satellite Gravity Probe B en 2011», l'étude ici présentée l'a détecté autour d'un trou noir stellaire. Pour y parvenir, les observatoires X en orbite, les satellites XMM Newton de l’ESA et Nustar de la NASA, ont été utilisés pour observer le trou noir stellaire H1743-322, qui «fait partie d’un système binaire situé à environ 28.000 années-lumière du Soleil près du centre de notre Galaxie».

Ce trou noir, qui «est entouré d’un disque d’accrétion constitué par la matière qu’il arrache à son étoile compagne par sa force de gravité», présente depuis des années «des variations presque périodiques de ses émissions X, ou QPO (Quasi Periodic Oscillations)» et l'une des hypothèses avancées pour expliquer ces QPO faisait «intervenir un effet Lense-Thirring particulièrement fort généré par le trou noir en rotation sur son disque d’accrétion».

Ainsi, la partie du disque d’accrétion la plus proche de l’horizon des événements «se mettrait à effectuer des mouvements de précessions». Il en découlerait «ces fluctuations transitoires et presque périodiques des émissions du plasma chaud de cette région, porté à plusieurs millions de degrés, observées sous forme de QPO».

Pour prouver la véracité de cette hypothèse, «une raie émise dans le domaine des rayons X par des atomes de fer ionisés présents dans la partie externe du disque» a été analysée. Comme «cette raie est décalée périodiquement vers le rouge et vers le bleu par la rotation des ions autour du trou noir», si la partie interne du disque effectue un mouvement de précession, «elle doit s’élever partiellement au-dessus du disque et éclairer périodiquement chacune de ses parties», ce qui «conduit à des modifications supplémentaires de l’aspect de la raie d’émission des atomes de fer».

Effectivement, l'étude met en évidence «des variations en bon accord avec les prédictions du modèle expliquant les QPO par l’effet Lense-Thrring», en «utilisant 260.000 secondes de mesures avec XMM-Newton et 70.000 avec Nustar». Cet effet «est 100.000 milliards de fois plus intense que celui observé autour de la Terre».

Grâce à ce succès, on dispose désormais «d’une fenêtre observationnelle nouvelle permettant de tester les caractéristiques d’un champ de gravitation fort car proche de l’horizon d’un trou noir stellaire»: en particulier, les QPO de H1743-322 pourraient «se révéler un outil précieux pour découvrir une nouvelle physique, notamment en rapport avec l’énergie noire».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

* Effet Lense-Thirring