Les trous noirs

un trou noir. ESA/V. Beckmann (NASA-GSFC)

Ce fut, en 1916, l'astrophysicien Karl Schwarzschild qui résolut les équations des trous noirs mais ceux-ci demeurèrent surtout une curiosité théorique pendant plusieurs décennies; ce sont les observations dans les rayons X faites avec les télescopes spatiaux qui finirent par étudier les émissions hautement énergétiques de la matière à proximité de ces objets extrêmes. Les trous noirs sont des lieux où la densité de l'Univers atteint son point extrême. La matière, dans un trou noir, est devenue condensée au point que même la lumière, malgré sa vitesse phénoménale de 300 000 km/s ne peut plus en sortir! Puisque la lumière ne peut en sortir, on ne peut donc pas voir un trou noir; ils sont invisibles. On pense que les plus petits trous noirs peuvent n'être que de la taille d'un atome (un tel trou noir a cependant la masse d'une montagne!). La plus récente tendance en matière de connaissance des trous noirs et de maintenant penser qu'ils se répartissent en trois classes: les trous noirs galactiques, stellaires et les trous noirs de masse intermédiaire. Une théorie est de supposer que ces trous noirs, via leur extrêmité, qui serait un "trou blanc", permettraient un passage rapide à d'autres régions de l'Univers mais les turbulences internes d'un trou noir semblent empêcher que cela soit. On pense que les trous noirs supermassifs se forment de l'effondrement d'un grand nuage de gaz, d'une masse de vers 10000-100 000 fois la masse du Soleil. Plusieurs de ces "graines de trou noir" ensuite se fondent et forment les trous noirs supermassifs. Une autre explication serait que ces "graines" proviendraient d'une étoile géante (100 masses solaires) qui exploseraient en supernovas. Dans un trou noir, l'espace-temps se déplace plus vite que la vitesse de la lumière. Les trous noirs ont été prédits par Albert Einstein, mais la plupart des scientifiques doutaient que la nature pouvait effectivement créer des objets aussi gravitationnellement puissants au point de retenir la lumière y compris. Puis, dans les années 1950, on a découvert les quasars et les radiogalaxies dont l'énergie était trop grande pour être expliquée par un processus thermique et aussi, on a émis l'hypothèse qu'il s'agissait de trous noirs. Idem pour les ondes radios, en 1971, émanant du centre de la Galaxie. La région Sagittarius A * ("*" désignant, en physique, un atome dans un état supérieur d'énergie) a été découverte et nommée en février 1974 et confirmée deux ans plus tard mais on ne détermina pas s'il s'agissait d'un un trou noir. Cela ne fut fait qu'au début des années 1990 quand les orbites des étoiles autour de la région purent être calculées et révélèrent la masse et la taille de Sgr A *, lesquelles, pour l'essentiel, laissaient penser à un trou noir. Maintenant les astronomes vont s'attacher à réaliser une image de l'horizon évènementiel de celui-ci. La région est également affectée du "paradoxe de la jeunesse" (en anglais, "paradox of youth"), le fait que les étoiles qui se trouvent dans le voisinage du trou noir galactique sont, de façon inattendue, jeunes, ce qui est théoriquement impossible puisque les forces gravitationnelles devraient les détruire. Tous ces éléments amènent ainsi à ce qu'on suspecte fortement la présence d'un trou noir au centre de la Galaxie mais que, stricto sensu, on n'a pas encore la preuve définitive de l'existence de celui-ci. La première image d'un trou noir galactique a été réalisée en avril 2019 dans la galaxie elliptique M87, ce qui a confirmé la Relativité générale d'Einstein. Deux propriétés seulement définissent un trou noir: sa masse et sa rotation. Le "no-hair theorem", en anglais (en français: théorème d'unicité, théorème de calvitie ou d'absence de chevelure) dit que toute solution des équations d'Einstein-Maxwell de la gravitation et de l'électromagnétisme dans la Relativité générale est complètement -et seulement- caractérisée par trois paramètres observables, à savoir la masse, la charge électrique et le moment cinétique. Toute autre information (le mot "chevelure" est une métaphore pour celle-ci) disparaît derrière l'horizon du trou noir. La force d'un trou noir ne dépend que de sa masse, ainsi tout objet céleste qu'il peut absorber

On est à peu près sûr, maintenant, qu'au centre de chaque galaxie de l'Univers -dont la nôtre- se trouvent des trous noirs supermassifs, d'une taille de l'orbite de Mercure et d'une masse d'1 million -et jusqu'à des milliards de fois- celle du Soleil. Les trous noirs galactiques supermassifs, d'une masse de 10 milliards de fois celle du Soleil sont dits des "trous noirs ultramassifs". Le trou noir galactique le plus important actuellement connu mesure 21 milliards de masses solaires; il se trouve dans une galaxie de l'amas de la Coma, qui contient plus de 1000 galaxies. Les trous noirs galactiques sont courants dans le monde des galaxies. Le matériau qui tombe sur un trou noir est échauffé et se transforme en plasma lumineux. Le plus le renflement central d'une galaxie est de taille, le plus le trou noir supermassif est d'importance mais il existe des galaxies dont le trou noir central est du type trou noir de masse intermédiaire, lequel présente des interactions spécifiques pour ce qui est des relations entre la partie interne et la partie externe de son disque d'accrétion. La présence d'un trou noir dans une galaxie peut se déduire des effets qu'il a sur les étoiles les plus intérieures de celle-ci: elles subissent une forte attraction gravitationnelle du trou noir galactique et leur orbite est accélérée. Le trou noir supermassif du centre d'une galaxie émet une radiation intense et ionise le gaz environnant, lequel brille fortement. La région brillante, dans les galaxies normales, est habituellement de petite taille, au maximum de 10% de la taille de la galaxie. Le trou noir de la Galaxie pèse 4 millions de masses solaires... Les trous noirs des plus importantes galaxies peuvent être mille fois plus grands. Des trous noirs énormes peuvent aussi se trouver au centre des galaxies naines et atteindre jusqu'à 15% de la masse totale de la galaxie, ce qui est dû au fait que ces galaxies ont subi une collision qui, laissant le trou noir en place, a retiré la plupart des étoiles. Le trou noir le plus important a été observé dans la galaxie géante NGC 4889, située à 300 millions d'années-lumière, "pesant" 21 milliards de masses solaires et un horizon évènementielle de 130 milliards de kilomètres (soit 15 fois le diamètre de l'orbite de Neptune); ce trou noir était, dans sa jeunesse, un quasar. Les masses des trous noirs supermassifs valent habituellement entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. On pense que la masse d'un trou noir est lié aux propriétés à plus grande échelle de la galaxie-hôte. On ne sait pas comment ces trous noirs galactiques se sont formés. Ces trous noirs sont "actifs": on entend par là qu'ils continuent de capter de la matière des galaxies voire des étoiles. Ils seraient, de plus, pour la plupart, entourés d'un anneau d'étoiles en formation. Ils peuvent produire, par ailleurs, de part et d'autre des pôles galactiques, des "jets polaires", des flux de matière accélérée, qui peuvent atteindre jusqu'à 1 million d'années-lumière de longueur et qui émettent essentiellement dans les ondes radio. Les jets sont, fondamentalement, des "tresses" de champs magnétiques entremêlés. Les jets sont, habituellement, la façon dont les trous noirs réagissent lorsqu'un objet céleste ou du matériau est piégé par leur champ gravitationnel. Les jets sont, finalement, du matériau qui tombe en direction d'un trou noir et qui est renvoyé vers l'extérieur à haute vitesse du fait de champs gravitationnels et magnétiques intenses. Ces jets, cependant, d'une façon générale, ne sont pas très bien compris et sont vraisemblablement du plasma énergétique confiné en un faisceau; des chocs résultant de collisions dans le jet peuvent encore plus accélérer les particules. Lorsque les jets de plasma sont suffisamment énergisés, ils émettent fortement dans la lumière visible. La radiation pourrait être déterminée par la vitesse, la température et les autres propriétés des particules à la base du jet. Le rayonnement rayons X des jets, d'une façon générale, provient du matériau qui se trouve très près du trou noir et les forts champs magnétiques propulsent une partie de ce matériau à de hautes vitesses le long des jets, les particules s'entre-heurtant à des vitesses proches de celle de la lumière, ce qui énergise le plasma jusqu'à le faire briller dans la lumière visible. Les électrons des trous noirs émettent habituellement fortement dans les ondes radio (c'est pourquoi on observe habituellement les trous noirs dans la gamme radio). Des jets observés à un trou situé à 2,7 milliards d'années après le Big Bang et d'une dimension d'au moins 300 000 années-lumière sont 150 fois plus brillants dans les rayons X qu'ils ne seraient en étant plus proches de nous car ils se déplacent dans la radiation micro-ondes de fond de l'Univers (la CMB) qui est beaucoup plus importante qu'aujourd'hui: comme les jets s'y heurtent avec les photons micro-ondes, ils augmentent l'énergie de ceux-ci jusque dans les rayons X. Ainsi, la luminosité des trous noirs dans les rayons X est amplifiée par la CMB. L'existence des contre-jets a fini par être réellement prouvés et un "radio lobe" ("lobe radio") est là où un jet rencontre le gaz environnant; un "hotspot" là où les ondes de choc agissent au niveau de la fin du jet. L'émission dans les rayons X d'un et et d'un contre-jet provient de ce que les électrons spiralent autour des lignes du champ magnétique -processus dit "synchrotron emission" (en français, "émission synchrotron") (les électrons doivent être constamment ré-accélérés quand ils se déplacent le long d'un jet, processus qu'on ne comprend pas encore très bien. Un lien certain existe entre la présence de trous noirs galactiques avec jet et le fait que la galaxie-hôte résulte d'une fusion. Les jets pourraient devoir leur origine dans de forts champs magnétiques se trouvant très près de l'horizon du trou noir. Ces trous noirs supermassifs sont en rotation à des vitesses excessivement élevées, à la limite de la vitesse de la lumière et que ce sont ces vitesses élevées qui génèrent les jets: la matière, sur le point d'être engloutie par le trou noir, est accélérée à ces vitesses et se combine, de plus, avec de puissants champs magnétiques. Les jets sont également aidés par des faisceaux magnétiques qui viennent du trou noir et le disque d'accrétion peut, ou pas, avoir son sens de révolution identique à celui du trou noir. Le processus qui déclence des jets est le même pour tous les types de trous noirs, quelle que soit leur masse: le gas qui tombe en direction du trou noir spirale et s'amasse en un disque d'accrétion, qui le compresse et, donc, le chauffe. Une partie du disque d'accrétion est froide. Près du bord intérieur du disque, au seuil de l'horizon du trou noir -le point de non-retour- une partie du matériau est accélérée et s'échappe sous la forme de deux jets symétriques, au long de l'axe de rotation du trou noir. Les jets émis par un trou noir peuvent vaciller en intensité lorsque le trou noir ingère du gaz. Les jets contiennent des particules qui se déplacent à presque la vitesse de la lumière, ce qui produit, lorsqu'elles interagissent, des rayons gamma -la forme la plus énergétique de la lumière. Des jets sont également produits par des évènements tels que la destruction gravitationnelle d'étoiles par un trou noir galactique. On a découvert, en 2012, que les jets provenant des trous noirs présentent des similarités quels que soient leur masse, leur âge et leur environnement. Les jets produisent de la lumière en faisant appel à des pourcentages identiques -entre 3 et 15%- de l'énergie cinétique de leurs particules. Ce qui, de façon tentante, laisse penser que des processus physiques identiques sont à l'oeuvre, la même fraction d'énergie générant la lumière gamma. Bien que les théories pensent que les explosions rayons gamma ne peuvent se produire qu'à forte proximité des trous noirs galactiques, les flares de la galaxie 4C +71.07 ont montré que l'émission se situait à 70 années-lumière du trou noir de celle-ci. Les rayons gamma, lorsqu'ils sont produits lorsque les électrons se déplaçant près de la vitesse de la lumière dans le jet galactique, entrent en collision avec la lumière visible et infrarouge qui vient de l'extérieur du jet, la rencontre peut faire que la lumière passe à des énergies beaucoup plus élevées, un processus dit, en anglais, "inverse-Compton scattering" ("dispersion Compton inverse"). Lorsque du gaz tombe vers le trou noir, il chauffe et émet des rayons X. Les variations dans cette longueur d'onde reflètent le changement que le gaz subit. Les explosions rayons X émises par les trous noirs se produisent lorsqu'un trou noir attire de la matière d'une étoile normale en orbite autour de lui; le matériau spiralant vers l'intérieur et formant un disque en rotation autour du trou noir, une émission énorme d'énergie a lieu, principalement sous forme de rayons X. Quelle que soit leur taille -stellaire ou galactique- les trous noirs produisent une activité rayons X semblable mais la dimension temps s'ajuste à leur masse: les trous noirs stellaires connaissent des variations importantes en termes d'heures mais leurs cousins supermassifs en termes d'années. Les fluctuations les plus rapides ont lieu à la limite de l'horizon du trou noir et sont appelées des "oscillations quasi périodiques" (en anglais, "quasi-periodic oscillations", ou "QPO"). Ces flashs sont très vraisemblablement causés par une activité qui se produit près du trou noir, là où une gravité extrême retient toute la matière environnante. Le plus un trou noir stellaire ou de masse intermédiaire a une masse importante, le plus les QPO sont lentes. Les QPO existent en deux variétés, les QPO lentes et les QPO rapides; les deux ont une relation de fréquence de 3 à 2. On pensait que les rayons X émis depuis les régions les plus profondes d'un trou noir étaient courbés -selon la théorie de la Relativité- par les nuages de gaz qui s'y trouvent mais des études récentes ont montrés qu'ils le sont en fait par la gravité du trou noir. On pensait que les différentes longueurs d'onde de la lumière provenaient de régions situées à différentes distances du trou noir des galaxies; ainsi, les rayons gamma, l'énergie la plus haute possible de la lumière, devait, pensait-on, être produite au plus près du trou noir. Mais ce n'est pas le cas. La théorie de la Relativité a comme conséquence que plus un trou noir tourne vite, le plus son disque d'accrétion en est proche. On a été surpris, en 2016, qu'une étude montre que les rayons X de haute énergie proviennent de la partie intérieure du disque alors qu'on pensait qu'ils provenaient d'un jet étroit de particules accélérées à près de la vitesse de la lumière. Dans les blazars -la plus lumineuse catégorie de galaxies, qui sont alimentées par des trous noirs supermassifs, ce sont les jets qui produisent la majeure partie de l'émission dans les hautes énergies. Les rayons X qui proviennent de près d'un trou noir galactique, d'une façon gnénérale, excitent les ions de fer dans le gaz tourbillonnant et les rendent fluorescents; cette fluorescence présente une luminescence spécifique dans les hautes énergies qu'on appelle l'"éission de la ligne K du fer" (en anglais, "iron K-line emission"). Comme un flare dans les rayons X augmente puis faiblit en luminosité, le gaz environnement, après un bref délai, fait de même à son tour fonction de sa distance de la source. Le plus le disque d'accrétion est proche, le plus la gravité du trou noir courbe les rayons X qui émanent du disque. Des vents ultrarapides, à variabilité rapide, sont créés par les disques de matière qui entourent les trous noirs. Les études les plus récentes laissent penser que les trous noirs galactiques seraient plus imposants que l'on pensait jusque là, atteignant des masses de 6,5 milliards de masses solaires (le plus important jamais trouvé pèse 6,4 millions de masse solaire et se trouve dans la galaxie géante M87). Cela interférerait avec le processus de formation des galaxies où l'on voit l'interaction entre la formation d'étoiles, celle du trou noir supermassif et la matière noire. On a trouvé de petits trous noirs supermassifs dans des spirales qui ne possèdent pas de renflement central. La découverte montre que les renflements, qu'on pensait nécessaires pour la formation d'un trou noir galactique, ne le sont pas en fait. De tels trous noirs pourraient tirer leur énergie du disque de la galaxie, ou du halo de matière noire mais pas du renflement central. Ils ont une masse de 200000 Soleils. Les trous noirs des quasars -ces galaxies super-actives des débuts de l'Univers- eux, pèsent aux alentours de 10 milliards de masses solaires. Les trous noirs qu'on appelle "ultra-massifs", qui sont rares, ont une masse d'entre 10 et 40 milliards masses solaires et on pense qu'ils seraient plus nombreux dans l'Univers qu'on ne pensait. Leur comportement semble différent de leurs parents moins volumineux. Il se pourrait qu'on les trouve dans les galaxies qui se trouvent au centre des amas de galaxies massifs, qui, de plus, contiennent d'énormes quantités de gaz et leurs explosions, qui résultent de l'absorption de gaz, sont nécessaires: elles empêchent la formation trop nombreuse d'étoiles. Les trous noirs ultra-massifs sont vraisemblablement les trous noirs les plus importants de l'Univers. Les trous noirs stellaires, eux, sont essentiellement le résultat d'un évènement supernova, lorsqu'à la fin de sa vie, une étoile s'effondre sur elle-même. Ces trous noirs sont petits (de l'ordre de 7-25 masses solaires). Les trous noirs de masse stellaire, souvent des trous noirs associés à une étoile-compagnon, change plus rapidement que les trous noirs supermassifs. Il se pourrait qu'un plus grand nombre que préu de trous noirs proches, d'une taille de quelques fois la masse du Soleil, existent dans la Galaxie. Les rayons X du trou noir sont plus lumineux et ils possèdent aussi une couleur particulière. Comme M31, la galaxie d'Andromède, par exemple, ppossède un renflement central plus important, plus de trous noirs stellaires se trouvent près du centre de celle-ci. Cygnus X-1, un trou noir stellaire en orbite rapprochée avec une étoile massive bleue donne un bon exemple de comment les trous noirs stellaires naissent. Il semble qu'ils possèdent déjà leur taux de rotation -y compris important- dès leur naissance ainsi que leur masse. Cygnus X-1 tourne à plus de 800 fois par seconde... Le plus jeune trou noir stellaire qu'on ait observé date d'avril 1979 et résulte d'une explosion supernova qui a eu alors lieu. La théorie dite "No Hair" postule que toute autre information sur un trou noir autre que sa masse, sa vitesse de rotation et sa charge électrique sont perdues à jamais derrière l'horizon du trou noir

->Le "information Paradox" des trous noirs
Il y a plus de 40 ans, le cosmologiste Hawking a identifié le "information paradox" des trous noirs ("paradoxe de l'information"), lequel comprend également que les trous noirs ne sont pas vraiment noirs mais émettent en fait une forme de radiation. Selon la physique quantique, des paires de particules doivent apparaˆtre, venant de fluctuations quantiques, juste à l'extérieur de l'horizon du trou noir. Certaines échappent à l'attraction du trou noir mais emportent un portion de lsa masse, ce qui fait que le trou noir, lentement, diminue de taille et finit par disparaître. Les particules qui s'échappent -qu'on appelle "radiation de Hawking"- aurait des propriétés complètement aléatoires. Le résultat en serait, qu'une fois le trou noir disparu, toute information qui a été apportée par quoi que ce soit dans le trou noir serait perdue définitivement. Mais cette assertion entre en conflit avec les lois de la physique qui énoncent que l'information, comme l'énergie, se conserve. D'où le paradoxe. Une étude récente, de 2016, par Hawking, montre que, dans un état de zéro énergie, des "softs particles" ("particules douces", littéralement) -ansi des versions basse énergie des photons, les particules hypothétiques appelées gravitons, et d'autres- existent. En général, elles sont surtout utilisées, habituellement, pour les calculs en physique des particules. Le vide dans lequel se trouve un trou noir, ainsi, nécessite non pas d'être dépourvu de particules mais seulement de l'être d'énergie. Quoi que ce soit qui tombe dans le trou noir laisserait une empreinte sur de telles particules. Pour résoudre le paradoxe de l'information, il faudrait qu'un mécanisme de transfert de cette information au trou noir ait lieu. Hawking le réalise en calculant comment encoder les données dans une description quantique de l'horizon du trou noir, qu'on appelle, par ailleurs, facilement, le "black hole hair" ("chevelure du trou noir")

Comme la charge électrique d'un trou noir est quasi zéro, on ne peut donc en connaître que la masse et la vitesse de rotation. Certains trous noirs peuvent ne pas avoir de rotation. Des rayons X sont produits du fait qu'un disque d'accrétion, composé de gaz et de poussière, en rotation, crée un nuage dont la température est de plusieurs millions de degrés C -qu'on appelle une "couronne"- près du trou noir. Les rayons X de la couronne sont réfléchis par le bord interne du disque d'accrétion. Les couronnes, d'une façon générale, sont la source de particules extrêmement énergétiques qui produisent des rayons X. La couronne d'un trou noir peut varier fonction de l'évolution de celui-ci. Les couronnes pourraient se "propulser", en éloignement, du trou noir et on pense qu'une couronne peut avoir deux configurations: le modèle dit "lampost", en anglais ("reverb`re"), pense qu'il s'agit de sources compactes de lumière, semblables à une ampoule électrique, qu'on trouve au-dessus et en-dessous du trou noir le long de l'axe de rotation; l'autre modème pense que les couronnes sont plus diffuses soit sous la forme d'un plus grand nuage entourant le trou noir soit en sandwich de part et d'autre du disque d'accrétion (il est possible que les couronnes passent d'un état à l'autre). Les courones peuvent se déplacer très rapidement. La couronne d'un trou noir, qui est constituée de particules qui se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière, peut s'effondrer en direction du trou noir avec le résultat que l'intense gravité du trou noir attire toute la lumière disponible sur le disque qui l'avoisine, là où le matériau spirale vers le trou noir. L'effet est que les rayons X de la zone est rendue floue et étirée. Autour des trous noirs supermassifs les plus importants et qui ont une rotation rapide, l'espace et le temps sont entraînés par la rotation. Quand on peut mesurer la rotation d'un trou noir, on peut découvrir comment les trous noirs croissent avec le temps. Si un trou noir se forme surtout de collisions et de fusions entre galaxies, leur disque d'accrétion est stable et cette stabilité de l'apport de matériau doit conduire à à une rotation rapide. Par contre, si un trou noir se forme via différents épisodes d'accrétion de petite taille, le matériau sera accumulé de différentes directions et, dans ce cas, la rotation -qui peut, alors, être soit accélérée soit freinée- est plus lente. Enfin, on pense qu'il existe des trous noirs de masse intermédiaire (en anglais "intermediate-mass black holes" ou "IMBH"), qui, comme leur nom l'indique, sont une classe intermédiaire entre celle des trous noirs galactiques et celle des trous noirs stellaires. Ils ont une masse de l'ordre de 10000 masses solaires et peuvent résulter soit de la fusion, au centre d'amas stellaires, de plusieurs trous noirs stellaires (cela a été observé dans un amas globulaire en 2008) ou ils peuvent être les trous noirs centraux de petites galaxies -en cours, par exemple, d'être absorbées par de plus grandes. On a découvert, début 2017, un trou noir de taille moyenne dans l'amas globulaire 47 Tucanae. Les IMBH sont importants en ce qu'ils pourraient être le point d'accrétion des trous noirs supermassifs galactiques des débuts de l'Univers; les jets qu'ils émettent pourraient aussi dégager les nuages interstellaires où ils se trouvent de leur matériau et stopper la formation d'étoiles. Des études récentes ont également montré que les trous noirs de masse intermédiaire se trouvent, ainsi, dans l'environnement turbulent d'amas globulaires (ce qui laisse penser qu'il y a bien accrétion de plusieurs trous noirs stellaires au centre des amas et que le trou noir résultant finit par atteindre une masse suffisante pour capter une partie des interactions gravitationnelles d'importance qui se déroulent dans un amas globulaire). Alors que l'existence des trous noirs intermédiaires pouvait sembler surtout une hypothèse, la découverte de deux trous noirs près du centre de la galaxie M82, en 2010, pourrait bien mettre un terme à ces interrogations. Les galaxies naines semblent le lieu favori des trous noirs de masse intermédiaire. Une explication couramment admise de la formation des trous noirs galactiques et, qu'avec le temps, ils se forment de la fusion de trous noirs de plus petite taille; une autre explication est qu'ils se forment très rapidement via l'effondrement de nuages géants de gaz (d'une masse de centaines de milliers de fois le Soleil); enfin, une autre possibilité est que ces deux mécanismes existent de concert. Il se pourrait, de plus, que les trous noirs supermassifs se forment à partir de ces trous noirs de masse intermédiaire: un des mécanismes possibles serait qu'une série de collisions en chaîne d'étoiles dans un amas compact d'étoiles amène l'existence d'étoiles extrêmement massives qui ensuite, via une supernova, produiraient un trou noir de masse intermédiaire; l'amas d'étoiles ensuite "tomberait" au centre de la galaxie. Répétée pour de nombreux amas d'étoiles, les trous noirs donneraient naissance au trou noir galactique. On a observé, en 2016, des nuages denses et froids de gaz peuvent condenser du gaz intergalactique chaud et se précipiter au coeur d'une galaxie pour y alimenter le trou noir galactique, ce qui ajoute à l'idée selon laquelle l'accrétion dans le disque du trou noir peut aussi se dérouler fe façon rapide et chaotique. Du gaz très chaud peut rapidement se refroidir, se condenser et précipiter; des amas massifs de ce gaz refroidi peuvent alors se diriger rapidement vers le centre de la galaxie et ils contiennent une masse de million de Soleils et ont une dimension de dizaines d'années-lumière. Les "ultraluminous X-ray sources" (sources rayons-X ultra-lumineuses; ULX) sont une classe inhabituelle, très lumineuse, d'objets qui émettent plus de rayons-X que toute autre source rayons-X stellaire mais moins que les trous noirs galactiques super-massifs. Ils se trouvent dans des régions où les étoiles se forment à un taux rapide. On a découvert les ULX dans les années 1980 et certains pourraient être des trous noirs de masse stellaire, avec quelques dizaines de masse solaire et, en 2014, on a observé quelques ULX qui ont une luminosité dans les rayons X égale à l'émission de millions de Soleils et on a compris ensuite qu'il s'agissait d'étoiles à neutrons. On ignore encore, en général, la nature exacte des ULX; il se pourrait que certains ULX soit des trous noirs de masse intermédiaire, d'entre 100 et 1000 masses solaires; il se pourrait aussi que les ULX se rencontrent surtout dans les amas globulaires. Certains ULX pourraient être des trous noirs de masse intermédiaire, d'une masse quelques milliers de fois celle du Soleil, qui se trouveraient dans un état de luminosité particulièrement forte. Les plus récentes études continuent de s'interroger sur le point de savoir si les ULX sont des trous noirs stellaires qui consomment des masses de gaz inhabituellement importantes ou s'ils sont ces trous noirs de masse intermédiaire qu'on recherche depuis longtemps. Les ULX pourraient être des systèmes binaires étoile-trou noir (ou étoile à neutrons) et se répartiraient en deux types, l'un qui contient des trous noirs jeunes, en croissance continue, l'autre des trous noirs âgés à croissance discontinue. Les étoiles compagnons des ULX sont habituellement des étoiles jeunes, massives ce qui laisse penser que leur trou noir sont également jeunes. Mais certains ULX possède un trou noir beaucoup plus ancien et certaines observations peuvent les confondres avec des trous noirs jeunes car les ayant observés pendant un sursaut d'énergie (lesquels sont dûs à un accroissement soudain de la quantité du matériau qui tombe dans le trou noir. Des études récentes laissent penser que les ULX sont des systèmes binaires dans lesquels un trou noir amasse rapidement du gaz depuis une étoile. Cependant, pour permettre l'émission de haute énergie, le gaz doit affluer au trou noir à un taux très proche d'un maximum théorique, une frénésie d'alimentation qu'on ne comprend pas encore totalement. Seuls 4 ULX ont été observés dans la Galaxie. La "limite d'Eddington" -qu'on appelle ainsi d'après Sir Arthur Eddington, un astrophysicien anglais qui fut le premier à comprendre une telle limite dans la luminosité maximale d'une étoile- est le point où l'émission de rayons X devient si intense qu'elle fait refluer l'afflux de gaz, ce qui limite donc l'accroissement du taux d'accrétion du trou noir. Si un tour noir dépasse la limite, il peut théoriquement s'accroître en taille de façon très rapide (et on a déjà observé de tels cas); si un trou noir tourne sur lui-même suffisamment lentement, la matière environnante ne sera pas repoussée et le trou noir pourra en admettre plus. De puissants jets radio, avec une vitesse proche de la vitesse de la lumière, accompagnent habituellement les ULX; l'émission radio est très variable, décroissant, pour un objet, par exemple, d'un facteur 2 en une demi-heure seulement; ce qui laisse penser que la région qui produit les ondes radio est d'une très petite taille -pas plus que la distance Soleil-Jupiter. On se demande encore si de nombreux ULX ne seraient pas ces trous noirs de masse intermédiaire difficiles à trouver, qui seraient vraisemblablement les restes d'étoiles de 10 masses solaires. Des trous noirs de masse intermédiaire, d'aux alentours de 20000 masses solaires, peuvent aussi être observés dans les galaxies et résulteraient d'une collision galactique, étant, à l'origine, les trous noirs de galaxies naines. L'un d'eux se trouve loin au-dessus du plan de sa galaxie. Il est entouré, de plus, d'un amas de jeunes étoiles bleues, d'un diamètre de 250 années-lumière, ce qui conforte la théorie de la collision, laquelle aurait déclenché la formation d'étoiles autour du trou noir. Mais l'éergie du disque d'accrétion pourrait être une explication alternative, ou la formation d'étoiles pourrait avoir également été déclenchée par la compression du gaz autour du trou noir. De tels trous noirs pourraient finir par s'agréger entre eux et participer ainsi à la formation des trous noirs galactiques supermassifs. Les trous noirs supermassifs peuvent aussi affecter le renflement central de leur galaxie, là où des étoiles se forment et orbitent à des vitesses plus rapides qu'à l'extérieur. Le trou noir, ainsi, peut non seulement, dans les galaxies actives, produire les célèbres jets polaires et, moins connus, des flux spirals de gaz qu'on appelle, en anglais, des "ultra-fast outflows" ("flux ultra-rapides", abrégés en "UFO"). Les UFO sont suffisamment puissants pour réguler à la fois le taux de formation d'étoiles et la croissance du trou noir. Les trous noirs supermassifs acquièrent leur pouvoir en attirant graduellement du gaz, chauffé à des millions de degrés, qui se trouve dans un grand disque, lequel se trouve au centre d'une couronne de particules énergétiques. Près du bord interne du disque, une partie du matériau ingéré est souvent re-dirigé sous forme de jets polaires. Ceux-ci, bien que se déplaçant à la moitié de la vitesse de la lumière, restent étroits et transportent la matière loin des régions de la galaxie où se forment les étoiles. Au cours des dernières décennies, les preuves sont apparues de nouveaux flux, plus près du trou noir et n'ayant une vitesse que de 14% la vitesse de la lumière. Ces UFO ont un plus grand potentiel en termes d'interaction entre le trou noir galactique et la galaxie car il retirent une masse qui, sinon, tomberont sur le trou noir et ils peuvent donc freiner sa croissance. Les UFO, dans le même temps, enlèvent du gaz des régions de formation stellaire du renflement central, ce qui ralentit voire interrompt la formation d'étoiles. Les éjections d'un trou noir galactique peuvent être observées bien en-dehors de la région où ont lieu les flux et les vents rapides mais cependant au sein des grandes cavités et des filaments qu'on observe dans le gaz chaud qui entoure les galaxies massives

Les trous noirs supermassifs des galaxies font preuve d'une grande variété de comportements. Les uns sont dormants, d'autres seulement en léthargie, d'autres enfins connaissent une activité importante. Comme les trous noirs galactiques se développent au même rythme que la formation des étoiles (jusqu'à ce que leur radiation finisse par éteindre celle-ci), des trous noirs géants pourraient ne pas être actifs alors qu'une très forte formation d'étoiles se déroule autour d'eux. Les ULX, ces trous noirs de masse stellaire, qui se nourrissent du matériau d'une étoile double, pourraient entrer en collision entre eux près du centre de ces galaxies et ajouter à l'observation. Les plus actifs sont les célèbres "galaxies actives". Les galaxies actives (en anglais "Active Galactic Nuclei", ou AGN) sont des galaxies à fort taux de formation stellaire. La poussière qui entoure les trous noirs voraces de ces galaxies, dits "noyaux galactiques actifs" (en anglais "active galactic nuclei"), est beaucoup plus compacte qu'on ne pensait, leurs tores étant 30% plus petits que prévu. Il existe même des AGN doubles, qui résultent probablement d'un phénomène de fusion entre deux galaxies. On n'en connaît que deux proches de nous, ainsi la galaxie Markarian 739 ou NGC 3758, qui se trouve dans la constellation du Lion, à 425 millions d'années-lumière, qui possède deux trois supermassifs au lieu d'un, séparés de 11000 années-lumière. Ce sont les fusions de galaxies qui sont, en général, sont considérées comme la source de l'apparition des galaxies actives. Les trous noirs des AGN attirent une énorme quantité de gaz qui, chauffé, émet dans les rayons-X. Là où le mouvement du gaz passe sous la domination de la gravité du trou noir galactique est la distance dite "rayon de Bondi"; elle permet de déterminer la masse du trou noir. Les astronomes ont aussi découvert que seulement 1% des galaxies de masse semblable à la nôtre contiennent un trou noir supermassif dans sa phase la plus active. Une forte corrélation entre la masse des trous noirs et la masse des régions centrales des galaxies-hôtes amène à penser que la croissance de ceux-là et de celles-ci est étroitement liée. La proportion de galaxies contenant un AGN dépend de la masse de celles-ci. Les galaxies les plus massives sont les plus à même d'abriter un AGN alors que les galaxies d'une masse 1/10ème celle de la Galaxie ont dix fois moins de chance d'en abriter un. Une autre découverte est qu'il y a une décroissance graduelle de la proportion des AGN au fur et à mesure qu'on s'éloigne du Big Bang: soit le carburant, soit le mécanisme qui fournit celui-ci, changent avec le temps. On trouve des AGN soit dans les amas de galaxies soit les galaxies isolées mais les AGN des amas auraient été plus nombreuses au début puis aurait diminué en nombre non moins rapidement. Si notre Galaxie participe statistiquement à ces statistiques, cela signifie que le trou noir supermassif -Sgr A*- n'atteindrait une valeur dans les rayons-X un milliard de fois plus brillante qu'aujourd'hui pendant seulement 1% du temps qu'il reste à vivre au Soleil et une telle activité fut sans doute plus fréquente dans le passé lointain de la Galaxie. Toute planète proche ou sur la ligne de l'émission en recevrait des quantités importantes et potentiellement dommageables de radiations. De façon plus générale, un anneau d'hydrogène neutre faisant partie d'une structure située près du centre d'une galaxie normale, déformé par les interactions gravitationnelles avec le reste de cette galaxie, comprenant des matériaux qui tombent en direction du trou noir supermassif pourrait ête la preuve des interactions à l'échelle de galaxies entières qu'exercent les trous noirs galactiques sur le gaz qui les entoure. Cela ressemblerait aux interactions à plus grande échelle encore qu'on observe dans les amas de galaxies, qui proviennent de trous noirs qui influencent le gaz de l'amas, à l'instar de ce qu'on voit dans des objets tels l'amas de Persée. Une fusion de galaxies, par ailleurs, résulte habituellement en la formation, au centre de la fusion, d'un double trou noir galactique, quelle que soit la taille respective des galaxies. Cela indique probablement que de telles fusions ont été, par le passé, le processus le plus habituel de formation des trous noirs supermassifs. Un trou noir galactique "en contrecoup" est un trou noir qui a été expulsé et qui se déplace à l'intérieur d'une galaxie à la suite une collision galactique: lorsque les deux trous noirs supermassifs sont entrés en collision et ont fusionné, ont été générées des ondes gravitationnelles qui ont été émises le plus fortement dans une direction préférentielle, direction que le trou noir formé de la fusion a suivi. La fusion de deux trous noirs peut déclencer une explosion de la puissance de 100 millions de supernovas. Des trous noirs de masse intermédiaire avec des masses d'entre 100 et 100 000 fois celle du Soleil pourraient aussi être du type supermassif, se trouver dans une galaxie ailleurs qu'au centre; ce serait des trous noirs galactiques acquis lors d'une fusion de galaxies. Ces trous noirs sont souvent du type "hyper-luminous X-ray source" ("source rayons X hyperlumineuse", ou HLX), sont 10000 à 100 000 fois plus lumineux dans les rayons X que les trous noirs stellaires et 10 à 100 fois plus puissants que les ULX (leur forte luminosité provient du matériau qui tombe sur le trou noir). La question dite, en anglais "final parsec problem" ("problème du parsec terminal"), fait référence au fait que les modèles théoriques ne peuvent décrire ce à quoi ressemblent les étapes finales de la fusion de deux trous noirs ni combien de temps elle peut prendre. Un trou noir couplé avec un autre du fait d'une fusion entre galaxies peut faire que l'un d'eux se nourrit de gaz alors que l'autre reste dormant ou caché sous le gaz ou la poussière.. Après quelques milliards d'années, les deux trous noirs finissent par fusionner. De nombreux trous noirs galactiques, par ailleurs, pourraient errer dans les vastes espaces qui séparent les galaxies: lorsque deux galaxies entrent en collision, leurs deux trous noirs le font aussi et lorsqu'ils fusionnent, la fusion produit des ondes gravitationnelles, qui sont des distortions de l'espace et qui ont une force exceptionnelle. Les ondes gravitationnelles, alors, peuvent éjecter le trou noir galactique de la galaxie résultant de la fusion (en général, est expulsé le plus petit des deux). Des trous noirs galactiques pourraient seulement être propulsés hors d'un centre galactique suite à une fusion de galaxies, les deux trous noirs fusionnant. Comme les ondes gravitationnelles générées par deux trous noirs en rotation de taille différente finissent par produire une poussée dans une direction préférentielle, le trou noir qui en résulte est expulsé du centre de la nouvelle galaxie résultante. Avant leur fusion, deux trous noirs orbitent l'un autour de l'autour jusqu'à atteindre un point dit "l'orbite stable la plus basse" et ensuite la fusion a lieu. La masse d'un trou noir galactique ne représente habituellement qu'une faible fraction -0,2%- de la masse du renflement central de la galaxie qui le contient. Il se pourrait que certains trous noirs atypiques, qui ont crû plus vite que le renflement de leur galaxie, et leur évolution soient en fait liés aux halos de matière noire des galaxies

Le trou noir super-massif de notre propre Galaxie, que l'on connaît sous le nom de "Sagittarius 1*" ou "Sgr A*", en abrégé -il pèse 4 millions de masses solaires- pourrait bien ne "consommer" que 0,1% du matériau que lui envoient les vents stellaires des étoiles qui se trouve près de lui. Ces vents pourraient être contenus par un processus de conduction: des collisions entre particules qui se trouvent près de l'"horizon" du trou noir, une zone chaude, transfèrent de l'énergie aux particules qui se trouvent dans la région extérieure, plus froide et qui abrite les étoiles qui "nourrissent" le trou noir. Se crée ainsi une pression supplémentaire vers l'extérieur. La question peut se poser de savoir si ces mécanismes existent dans toutes les galaxies semblables à la nôtre. Le trou noir de la Galaxie, de plus, est entouré de deux lobes de gas chaud (qui ont chacun une dimension de 12 années-lumière); ces lobes ont sans doute été créés par de fortes éruptions du trou noir, qui ont eu lieu plusieurs fois au cours des derniers dix mille ans. Des filaments énigmatiques de rayons-X autour du trou noir pourraient être des structures magnétiques énormes, interagissant avec des flots d'électrons énergétique venant d'étoiles à neutrons en rotation rapide et proches de Sgr A* (on appelle ces vents des "pulsar wind nebulas", en anglais, "nébuleuses de vents pulsar"). Dans un rayon de 150 années-lumière autour du centre de la Galaxie existent aussi des étoiles massives. Elles sont principalement concentrées dans trois amas: l'"amas central", l'"amas des Arches" et l'"amas quintuplet"; certaines, cependant, on pu se former hors d'un amas ou se retrouvèrent isolées lorsque leur amas d'origine fut détruit par les forces gravitationnelles de la région. Les astronomes cependant suspectent que le trou noir de la Galaxie pourrait se réveiller -dans un futur indéterminé- déclenchant, autour de lui, une intense formation d'étoiles puis deux jets polaires. Une étude de début 2012 a émis l'hypothèse que les flares du trou noir supermassif de la Galaxie sont dûs à la vaporisation d'astéroïdes qui se trouveraient dans un nuage en contenant des milliers de milliards. Ces astéroïdes et ces comètes seraient détournés de leur étoile originelle lorsque celle-ci passe trop près du centre de la Galaxie. Même des exo-planètes, quoique moins fréquemment, pourraient être avalées par le trou noir. Les flares durent quelques heures et leur luminosité varie de quelques à presque cent fois l'activité habituelle du trou noir

->Une étude récente, de 2005, par le Chandra Telescope, le télescope de la NASA dans les rayons-X, montre que la condition pour qu'un évènement supernova donne naissance à un trou stellaire, est que l'étoile d'origine ait une masse entre 25 et 40 fois celle du Soleil. Les étoiles plus importantes se transforment, elles, en étoiles à neutrons, car elles ont plus efficacement perdu de leur masse tout au long de leur vie. D'autres éléments -la composition chimique de l'étoile, sa vitesse de rotation, ou d'être un des éléments d'une étoile double- peuvent aussi jouer un rôle dans la transformation finale d'une étoile en trou noir ou en une étoile à neutrons

Tous les trous noirs présentent les mêmes caractéristiques physiques: un "disque d'accrétion" -sorte de disque de matière et de gaz en rotation- les entoure. C'est dans ce disque que la matière qui est attirée par les trous noirs entre en rotation avant d'être définitivement ingérée. Quand le gaz chaud spirale dans la partie la plus intérieure du disque d'accrétion d'un trou noir, il atteint un point qu'on appelle, en anglais, la "innermost stable circular orbit" ("orbite circulaire stable intérieure", ISCO). Plus proche du trou noir et le gaz plonge dans l'horizon de celui-ci, le point de non-retour. Le gaz qui spirale vers l'intérieur tend à s'amasser à l'ISCO où il atteint des températures énormes et émet de grandes quantités de rayons X. La luminosité de cette émission rayons X se répète selon un intervalle quasi régulier et répétitif, ce qui crée un "QPO" ("quasi-periodic oscillation", "oscillation quasi périodique"), un signal qui permet de déterminer précisément la distance au centre du trou noir. La "singularité" qui consiste le coeur d'un trou noir est habituellement vu comme un point de densité infinie mais sa vraie nature ne pourra être perçue que via une théorie quantique de la gravité (réconciliant la Relativité générale et la mécanique quantique). De telles singularités pourraient être bien plus petites qu'un quark mais ne posséderait pas une densité infinie. Le plus la rotation d'un trou noir est importante, le plus le disque d'accrétion est proche de celui-ci. Un trou noir supermassif est entouré d'un disque d'accrétion, qui est lui-même entouré d'un tore sombre de poussière. Lorsqu'un trou noir supermassif se développe dans une galaxie normale, il s'entoure d'une structure de gaz et de poussière en forme de tore; mais, dans une galaxie qui subit un processus de fusion, il s'entoure d'une sphère de matériau qui l'obscurcit. Mais les trous noirs primitifs -ceux des quasars, par exemple- ne possèdent pas de tore mais seulement un disque de gaz. Cela est dû au fait que l'Univers primitif est "propre": il ne s'était pas écoulé suffisamment de temps pour que les molécules puissent s'agglomérer en grains de poussière; donc les trous noirs formés à cette période l'ont été dans un environnement manquant de poussière. Au fur et à mesure de leur croissance, prenant de plus en plus de masse, on pense qu'ils finirent par accumulé aussi un disque de poussière et un tore. Cette idée de disques d'accrétion de gaz et de poussière autour des trous noirs supermassifs a d'abord été émise au milieu des années 1980 et elle visait à expliquer pourquoi certains de ces trous noirs sont cachés derrière du gaz et de la poussière alors que d'autres non: elle postulait que l'orientation du disque par rapport à la Terre affecte la vue que l'on a du trou noir et de sa radiation. On appelle cette théorie, en anglais, l'"unified model" ("modèle unifié") car elle comprend, sur la base de ce concept d'orientation, tous les types de trous noirs galactiques. Les tores, par ailleurs, pourraient ne pas avoir une forme ronde parfaite mais présenter des défauts et des "grumaux" mais on sait mal encore pourquoi et de multiples causes pourraient en être à l'origine. Les trous noirs supermassifs, du fait de leur intense gravité, sont notoirement connus pour facilement dégager leur voisinage immédiat en ingérant les objets qui s'y trouvent. Quand un trou noir attire et dévore une étoile -évènement qu'on appelle une "disruption stellaire par marée gravitationnelle" ou "évènement disruptif gravitationnel" (en anglais "stellar tidal disruption" ou "tidal disruption event" -TDE), il émet une énorme quantité d'énergie qui fait augmenter la luminosité de ses environs (un évènement qu'on appelle un "flare"). Le spectre des TDE se répartit en 3 classes (dominante de l'hydrogène, de l'hélium ou d'un mélange des deux), pointant respectivement vers des étoiles jeunes de grande taille ou des étoiles plus âgées dont les enveloppes d'hydrogène ont déjà été supprimées lors d'un précédent passage près du trou noir. Au-dessus d'une masse de 100 millions d'étoiles, les trous noirs absorberaient directement les étoiles plutôt que de les mettre en pièces. Les rencontres entre une étoile et un trou noir où l'étoile n'est pas avalée par le trou noir devraient être plus fréquentes que les collisions directes étant donné les statistiques des schémas de circulation cosmique mais on pourrait facilement manquer leur observation. On n'a observé que 10 destructions d'étoiles par un trou noir. Les forces gravitationnelles surpassent la gravité de l'étoile et la détruisent en un flux de débris, lesquels tombent vers le disque d'accrétion en rotation du trou noir. Ils finissent par atteindre l'horizon évènementiel du trou noir. Un trou noir géant se nourrit des étoiles qu'il détruit par sa gravité pendant un an. Des évènements disruptifs gravitationnels plus longs peuvent laisser penser à la destruction d'une étoile de grande taille ou à la destruction complète d'une étoile de petite taille. Le plus la durée d'"ingestion" des restes d'une étoile est longue, le plus un trou va agréger de matière. Les flares des trous noirs galactiques qui ingèrent une étoile contiennent des radiations à haute énergie dont des ultraviolets et des rayons X. Ces flares détruisent toute poussière qui peut se trouver autour du trou noir mais, à une certaine distance, la poussière peut survivre car le flare n'y est plus aussi intense. Ainsi, à une demi-année-lumière d'un trou noir on peut trouver un réseau sphérique, inégal, de poussière. Les trous noirs sont souvent pourvus de deux jets polaires. Ces jets -de matière et d'anti-matière- ainsi que ceux d'objets semblables, sont essentiellement générés par des champs magnétiques. On a observé, provenant d'un trou noir de masse stellaire qui se trouve dans un système binaire où une étoile de type Soleil orbite le trou noir et y déverse du matériau, des vents de 32 millions de km/h qui soufflent en direction du haut ou du bas du plan du disque d'accrétion. Une telle vitesse ne se rencontre qu'avec les trous noirs supermassifs et les données montrent que ces vents pourraient bien éjecter plus de matière que le trou noir n'en ingère. De tels trous noirs attirent à eux l'espace-temps environnant -dont le disque interne d'accrétion fait partie. Ces vents se déclenchent puis s'interrompent à intervalle et ils interrompent alors les jets polaires du trou noir. On pense que ce sont les champs magnétiques des disques d'accrétion des trous noirs qui produisent aussi bien des vents que des jets. La géométrie du champ magnétique et le taux auquel du matériau tombe sur le trou noir influent sans doute sur le fait, qu'in fine, ce sont des vents, ou des jets, qui sont créés; les champs magnétiques impactent comment un trou noir galactique est actif. Pour ce qui est des trous noirs galactiques, ces trous noirs supermassifs, pour ce qui est de leurs jets polaires, voient ceux-ci "relâcher" des bulles de gaz à leurs extrêmités, ce qui allège la pression sur le trou noir et la galaxie et les empêche de se développer jusqu'à des tailles excessives. Quand une étoile s'approche trop près d'un tour noir supermassif, elle est simplement désintégrée et l'évènement crée un disque temporaire d'accrétion qui peut émettre dans les rayons-X sous forme de flares et durer une année. L'évènement crée aussi deux jets qui propulsent de la matière à des vitesses supérieures à 90% de la vitesse de la lumière; ils se forment le long de l'axe de rotation du trou noir. Les jets sont dûs à au mouvement rapide de l'intérieur du disque et au magnétisme. Lorsqu'une étoile est détruite par les forces gravitationnelles d'un trou noir galactique, une partie des restes de l'étoile tombe sur celui-ci et ce qui reste est éjecté à des vitesses élevées. Longtemps avant cette disparition finale, une géante rouge, par exemple, peut voir son enveloppe d'hydrogène être captée par le trou noir, ce qui ne laisse subsister qu'un coeur d'hélium; les orbites des étoiles autour d'un trou noir supermassif peuvent être du type elliptique. Lorsque des trous noirs de petite taille absorbent du matériau, cela représente trop pour eux et, ainsi, une partie dudit matériau est éjecté sous la forme de vents forts. De récentes études, en 2009, ont montré que les mécanismes des jets pourraient bien être semblables aussi bien pour les trous noirs super-massifs que pour les trous noirs stellaires. Cela se voit particulièrement pour des trous noirs stellaires dits "micro-quasars". Leurs jets semblent se réguler lorsqu'un vent venant du disque d'accrétion se déclenche (il repousse autant de matière que le font les jets). Le processus est semblable à celui des trous noirs super-massifs et il module la croissance du trou noir (les durées sont simplement différentes: 1 heure pour un trou noir stellaire équivaut à 10000 années au centre d'une galaxie...). On a pu également mesurer les processus qui ont lieu à la base des jets d'un trou noir stellaire: elles subissent des fluctuations énormes et imprévues sur des durées de l'ordre de 11 secondes à quelques heures et on observe aussi une variabilité de la largeur de cette base. La largeur d'un jet, à sa base, peut être de l'ordre de 24100 km (15000 miles) et elle peut varier jusqu'à un facteur 10 voire plus. Lorsque les plus denses blocs de matière s'approchent du trou noir, ils émettent des rayons X particulièrement brillants; l'arrivée en lumière visible se fait avec 0,1 seconde de retard, le temps requis pour que le jet commence à émettre. D'énormes paquets de gaz peuvent être élevés du champ gravitationnel d'un trou noir galactique en train d'ingérer de la matière (et lorsque des turbulences y existent) et une couronne de gaz dont la température est très élevée se voit au-dessus du disque d'accrétion. Les champs magnétiques pourraient aider à la puissance des trous noirs galactiques en maintenant la poussière dans le tore, à une distance qui permet au trou noir de la capter. L'émission des trous noirs change, pour les trous noirs stellaires autant que galactiques -mais sur des échelles de temps différentes, passant du statut de radiation à celui de flux; ainsi, aussi, l'émission d'un quasar passe d'un faisceau à un flux plus concentré de jets de particules. L'étude des trous noirs nécessite habituellement l'emploi d'outils spécialisés car ils émettent essentiellement dans les rayons-X, résultat de leur activité à haute énergie. Le télescope Chandra, de la NASA, spécialisé dans cette longueur d'onde, est l'un de ces outils. Les trous noirs galactiques -les trous noirs supermassifs- quoiqu'actifs, sont généralement, "endormis" et relativement calmes mais, tous les 10000 voire 100 000 ans, ils peuvent capter une étoile qui passe trop près; tous les types de radiation augmentent alors et la température décroît en quelques jours. Un tel évènement émet des explosions de rayons-X jusqu'à ce que l'étoile ait été définitivement absorbée. La destruction d'une étoile qui plonge dans le trou noir central de sa galaxie voit l'étoile déchirée par les forces gravitationnelles intenses et le gaz continuer ensuite d'être avalé. La destruction peut durer des mois. Un délai de 2 à 3 mois peut se produire entre le moment où l'objet est détruit par le trou noir et celui où l'on observe l'échauffement des débris à proximité de celui-ci. Pendant une destruction gravitationnelle, une partie des débris stellaires sont expulsés à de fortes vitesses et le reste retombe sur le trou noir, ce qui entraîne une augmentation d'émission typique dans les rayons X qui peut durer des années; peu de temps après, la quantité de lumière décroît lorsque le matériau atteint l'horizon évènementiel du trou noir (le point au-delà duquel la lumière ne peut plus ressortir). Le gaz tombe souvent sur le trou noir en spirale et en forme de disque mais comment ce processus commence reste une énigme. Les rayons X qui sont produits proviennent de matériaux qui sont soit très près du trou noir, soit qui se trouve dans la plus petite orbite stable possible autour de celui-ci. Les données dans les rayons X suggèrent aussi la présence d'un "vent" qui provient du trou noir mais qui n'a pas la vitesse suffisante pour échapper à la force gravitationnelle (une explication pour cette vitesse relativement basse est que le gaz -le reste de l'étoile détruite- suit une orbite elliptique et que cette vitesse lente s'observe au plus loin sur l'orbite). De plus, un objet, lorsque sa masse est de l'ordre d'une planète géante, peut ne voir détruites que ses couches extérieures alors que le coeur, plus dense, continue d'orbiter au centre de la galaxie. De tels épisodes d'activité peuvent se voir plus fréquemment, aux alentours d'un épisode toutes les quelques années, dans les galaxies voisines de la nôtre. Le trou noir de notre Galaxie a eu son dernier épisode important d'activité il y a 300 ans: on pense qu'une étoile géante a explosé à proximité et qu'elle a poussé du gaz dans le trou noir, amenant une bouffée d'activité. Le trou noir super-massif de la Galaxie (que l'on connaît sous le nom de Sagittarius A* -ou Sgr A* en résumé) est un trou noir galactique relativement calme. Cela pourrait s'expliquer par le fait qu'il est organisé en deux régions en termes d'énergie: la partie intérieure -la plus proche du centre du trou noir- est chaude et occasionne donc des collisions entre particules. Cette énergie supplémentaire se transfère, par conduction, vers une région extérieure, plus froide (qui est celle ou s'accumule le matériau qui nourrit le trou noir). Cela génère donc une pression centrifuge additionnelle qui repousse tout ce qui est gaz loin du trou noir. Une telle explication, de plus, est pertinente pour expliquer le grand nuage de gaz chaud que l'on observe autour de Sagittarius A*. Le célèbre "event horizon" ("horizon") d'un trou noir peut être défini comme la distance la plus proche à laquelle on peut s'approcher du trou noir et au-delà de laquelle on ne peut plus échapper à sa gravité. Le plus un trou noir est grand et massif, le plus l'horizon est vaste

Pendant longtemps, on a pensé que la puissance des trous noirs supermassifs était essentiellement proportionnelle à leur vitesse de rotation. Des études récentes montrent que les trous noirs galactiques les plus actifs sont ceux qui ont une rotation rétrograde. Les trous noirs supermassifs, en effet, peuvent avoir leur rotation soit dans la même direction que celle de leur disque d'accrétion (rotation dit "prograde") soit dans la direction opposée (rotation dite "rétrograde") et, de plus, il semble que les trous noirs passent, avec le temps, d'une rotation rétrograde à une rotation prograde. On pense que la vitesse de rotation d'un trou noir refléter l'histoire de sa formation: un trou noir qui se développe régulièrement, alimenté par un flux uniforme de matière, devrait finalement avoir une rotation rapide (mais une rotation rapide pourrait aussi résulter de la fusion de deux trous noirs); un trou noir dont la formation connaît une alimentation irrégulière (petits amas de matière venant de directions différentes, par exemple) finit par avoir une rotation relativement lente. Certains trous noirs ont une vitesse de rotation presqu'aussi rapide que le permet la Relativité. On pense que les trous noirs rétrogrades ont des jets plus puissants parce qu'il existe un espace entre le bord interne du disque d'accrétion et le trou noir. D'où que les champs magnétiques qui contrôlent les jets auraient plus de place pour se développer (ce principe est connu sous le nom de "conjecture de Reynold"). Comme les jets et les vents galactiques jouent un rôle fondamental dans le sort des galaxies (ralentir ou accélérer la formation d'étoiles non seulement dans leur galaxie mai y compris dans les galaxies voisines, transporter d'énormes quantités d'énergie aux frontières de la galaxie ou déplacer d'énormes volumes de gaz intergalactique, etc.), de tels phénomènes semblent d'importance pour comprendre comment les galaxies évoluent avec le temps

Pour ce qui est des hypothèses, il se pourrait que les trous noirs soient des lieux d'interconnection avec des emplacements de l'Univers, ou des univers différents, où les lois de la physique seraient totalement différentes de celles que nous connaissons. Les trous noirs pourraient également être des lieux par lesquels on pourrait voyager dans le temps. Une seule chose, pour l'instant, est sûre: si, un jour, vous partez pour un long voyage spatial, ne vous approchez jamais d'un trou noir -quelle qu'en soit la catégorie! On ne vous retrouverait jamais ni vous ni votre vaisseau spatial. Les équations de la Relativité Générale ne sont pas pertinentes à décrire la physique d'un trou noir. Elles ne peuvent que s'appliquer au point de décrire l'état d'un un trou noir à la fin de son évolution: cet état est dit un "espace-temps de Kerr". Le temps, alors, devient immobile et plus rien, dans le trou noir, ne peut ni changer ni évoluer

->Moins de trous noirs de taille intermédiaire que prévu?
Une étude menée sur un amas globulaire pourrait laisser penser qu'il n'y existe pas de trou noir et que, de plus, la catégorie des trous noirs de taille intermédiaire ne pourrait se rencontre qu'aux limites des galaxies, dans les galaxies naines qui les entourent ou dans les restes de galaxies naines absorbés par les galaxies. Ces trous noirs, ainsi, seraient d'une luminosité faible et difficiles à observer. Seuls une dizaine d'objets font actuellement partie des trous noirs de taille moyenne

->Fusion de trous noirs galactiques et ondes gravitationnelles!
Dans le cas de la fusion de deux trous noirs, on assiste, selon les lois de la Relativité générale, à la production d'ondes gravitationnelles. Leur étude permettra aux astrophysiciens de disposer de vues sans précédent concernant les lois fondamentales de la physique, la mort des étoiles, la naissance des trous noirs voire les débuts de l'Univers. Ces ondes proviennent du fait que l'espace et le temps sont, de façon répétée, distordus par les masses gigantesques qui interviennent. Pendant les dernières orbites des trous noirs l'un autour de l'autre, les deux trous noirs se déplacent à plus de la moitié de la vitesse de la lumière, entraînant leur disque de gaz dans cette danse. Le gaz magnétisé de celui-ci, qui est un plasma, subit des interactions complexes, électriques et magnétiques qui définissent un domaine de la connaissance qu'on appelle la "magnéto-hydro-dynamique". Le champ magnétique initial des disques, par ailleurs sont rapidement accrus de 100 fois du fait qu'ils sont distordus et compressés. Une zone dégagée est également créée entre le disque d'accrétion nouveau et le trou noir résultant de la fusion; il déclenche vraisemblablement des jets de particules. Enfin, lorsque deux trous noirs fusionnent -dans le cadre de la fusion de deux galaxies- l'énergie libérée est telle que le trou noir résultant peut être expulsé de la galaxie résultante. Ce trou noir devient alors un trou noir errant, se déplaçan à des vitesses de l'ordre de 9,5 millions de km/h (6 millions de miles/h)