LES JETS X D'UN TROU NOIR QUI LANCE DES RAYONS COSMIQUES

Certaines des particules les plus énergétiques de notre Galaxie viennent peut-être des microquasars : un trou noir ou une étoile à neutrons qui se nourrit d’une étoile compagne et lance des jets relativistes. Des réseaux de détecteurs au sol comme Tibet ASγ, HAWC et LHAASO ont capté des rayons gamma au-dessus de 100 TeV venant de plusieurs d’entre eux. Les microquasars forment ainsi une nouvelle classe de PeVatrons — des accélérateurs capables de pousser des particules jusqu’au pétaélectronvolt, un million de milliards d’électronvolts.

Le premier identifié fut SS 433 et sa nébuleuse W50. Le deuxième, V4641 du Sagittaire.

Un champion des rayons gamma

V4641 Sgr est le microquasar le plus lumineux en rayons gamma TeV. Sa lueur gamma, détectée jusqu’à 0,8 PeV, s’étend sur environ un degré de ciel, avec l’un des spectres les plus « durs » parmi les sources TeV de la Galaxie. En son cœur : un trou noir de 6,4 masses solaires et une étoile compagne de 2,9 masses solaires, à environ 6,2 kiloparsecs. Le système a connu une forte éruption en 1999 et s’emballe environ tous les deux ans depuis ; des jets radio ont été vus pendant l’éruption de 1999.

Pourtant, les télescopes X l’observaient surtout pendant ses éruptions, quand la source centrale éclipse tout. Le satellite XRISM avait vu un indice de rayons X étendus en 2024, mais juste après une éruption et sur une partie seulement de la région.

Attendre le silence

Naomi Tsuji (université de Tokyo et RIKEN), Caterina Tresoldi (INAF–observatoire de Brera) et une quarantaine de collègues au Japon, en Italie, aux États-Unis, en Chine, au Canada, en France et ailleurs ont choisi la stratégie inverse. Après avoir vérifié avec d’autres instruments que le trou noir était calme, ils ont pointé le télescope XMM-Newton sur toute la région gamma en septembre 2025 : quatre pointages de 30 à 40 kilosecondes chacun. La source centrale était alors environ mille fois moins brillante que lors de l’observation de XRISM.

Le champ s’est révélé encombré de sources ponctuelles — étoiles actives, naines blanches, galaxies lointaines —, que l’équipe a masquées pour chercher la lumière diffuse.

Cartes XMM-Newton de la région de V4641 Sgr (étoile), avec en blanc les contours gamma de H.E.S.S. ; à droite, les deux nouvelles sources X étendues n1 et s1. — Figure 1, Tsuji, Tresoldi et al. (2026), arXiv:2610.02966.

Deux nœuds sur l’axe des jets

Dans la bande 2-5 keV, deux plages étendues ressortent, baptisées n1 (nord) et s1 (sud) d’après les nœuds connus de SS 433. Elles se trouvent à environ 23 et 25 parsecs du couple, à peu près alignées avec l’axe des jets radio (à 16° et 10° près), et à l’intérieur de l’émission gamma. Significativité : 20 sigma pour n1, 7 sigma pour s1 ; n1 apparaît dans deux observations distinctes.

C’est la première détection de structures de jets X longues de dizaines de parsecs dans ce système. De telles structures ne sont connues que dans une poignée de binaires X.

Leur spectre est une loi de puissance lisse, sans les raies d’émission d’un gaz chaud ; un modèle thermique s’ajuste bien moins bien. Les auteurs y voient un rayonnement synchrotron : des électrons de plusieurs TeV qui spiralent dans un champ magnétique.

Un champ faible, renforcé par endroits

En modélisant ensemble rayons X et rayons gamma — produits par les mêmes électrons —, on obtient un champ magnétique de seulement 3 à 5 microgauss dans les nœuds, et de 1 à 2 microgauss ou moins ailleurs dans les lobes gamma. Le champ est faible, mais localement amplifié.

C’est la grande différence avec SS 433, dont les nœuds sont à des distances semblables : SS 433 brille environ dix fois plus en X qu’en gamma, V4641 Sgr environ dix fois moins, parce que son champ est plus faible. Les auteurs évoquent un jet moins puissant en moyenne, ou un milieu plus ténu, V4641 Sgr se trouvant à environ 5 degrés sous le plan galactique.

Deux lectures restent ouvertes : les nœuds pourraient être les sites d’accélération eux-mêmes, là où le jet subit un choc, ou des structures en aval. Pour atteindre le PeV dans un tel champ sur environ 5 parsecs, le jet devrait filer à au moins un dixième de la vitesse de la lumière. Une origine liée aux protons plutôt qu’aux électrons ne peut pas non plus être exclue.

Regarder à côté

Les auteurs préviennent que des sources ponctuelles non résolues pourraient encore contribuer, et que l’aspect diffus peut venir en partie d’une résolution limitée. Des observations avec Chandra et NuSTAR sont programmées. Un article compagnon, avec le satellite Einstein Probe, rapporte des structures X compatibles. Leur conseil aux autres astronomes est simple : viser à côté du centre brillant, pendant les phases calmes, et chercher les nœuds.