Une étude, dont les résultats intitulés «Strong disk winds traced throughout outbursts in black-hole X-ray binaries» ont été publiés dans la revue Nature, a permis de réunir dans une base de données les mesures, provenant de multiples observatoires en rayons X, de l'accrétion de matière sur un trou noir, en vue de reconstruire aussi complètement que possible les variations du rayonnement X lors des éruptions. Ces données ont ensuite permis de tester un modèle des éruptions qui relie la chute de la luminosité X durant l’éruption à un paramètre fondamental de la physique de l’accrétion, le paramètre alpha.

Rappelons tout d'abord que «l'accrétion de matière sur un trou noir libère une quantité phénoménale d’énergie, à condition que la matière soit effectivement transportée vers le trou noir au lieu de tourner en rond par conservation de son moment cinétique».

De ce fait, l'étude des processus de transport dans les disques d’accrétion constitue «un ingrédient essentiel pour comprendre comment les trous noirs libèrent et injectent de l’énergie dans leur environnement». Dans ce contexte, «l'observation du rayonnement des étoiles binaires X permet de contraindre ces processus».

Plus précisément, dans une étoile binaire X, «un trou noir de masse stellaire, résultat de l’effondrement d’une étoile massive en fin de vie, accrète la matière qui lui est cédée par son compagnon, une étoile normale suffisamment proche du trou noir pour ressentir son attraction gravitationnelle».

Les observations en rayons X font ainsi apparaître «que le disque d’accrétion autour du trou noir est le siège d’éruptions intenses suivies de phases dormantes» («Les éruptions durent de quelques semaines à quelques mois pendant lesquels certaines binaires X deviennent les objets les plus brillants du ciel X» et sont quasi imperceptibles «lors de la phase dormante, pouvant durer plusieurs dizaines d’années»). Comme «le rayonnement X trace le flux de matière accrété par le trou noir», l'analyse des variations du rayonnement X apporte «un éclairage sur les mécanismes de transport de matière dans ces disques».

C'est le paramètre alpha qui mesure l’efficacité du transport dans le disque d'accrétion: ainsi, «les valeurs mesurées dans d’autres systèmes comportant des disques d’accrétion indiquent une valeur de alpha allant de 0.1 à 0.2, ce qui concorde avec les études théoriques qui expliquent ce transport par la turbulence générée par un champ magnétique faible cisaillé par le mouvement de la matière dans le disque».

Dans le cadre de l'étude ici présentée, «une approche statistique avancée, la modélisation bayesienne hiérarchique combinée à une méthode Monte Carlo par chaine de Markov pour explorer l’espace des paramètres, a permis d’ajuster le modèle théorique aux courbes de lumière d’une douzaine de binaires X et de mesurer, pour la première fois et de manière fiable, la valeur de alpha dans ces systèmes». Il a été alors constaté que «le paramètre alpha mesuré varie entre 0.2 et 1, bien au-delà de ce qui avait été mesuré jusqu'à présent».

Les seules explications possibles à «une accrétion aussi rapide» sont soit «la perte d'une fraction substantielle de la matière du système», soit «si le transport turbulent est amplifié par la présence d’un champ magnétique à grande échelle», la présence d'un vent «emportant une partie de la matière hors du système»: en fait, «la signature de tels vents est présente dans les spectres X obtenus à certain stades de l’éruption».

Au bout du compte, cette étude établit, par une méthode indépendante, «que ces vents sont continuellement présents lors de l’éruption et que le mécanisme de perte de masse joue un rôle aussi fondamental que la turbulence plasma dans la dynamique des disques d’accrétion», puisque l'énergie mécanique des vents pourrait «ré-injecter dans l’environnement une part significative de l’énergie libérée autour du trou noir».