Chauffage Compressionnel de l'Environnement des Disques ...

78 Accrétion, éjection et champ magnétique
tel-00011431, version 1 - 20 Jan 2006
que dans tous les objets précédemment cités, l’accrétion et l’éjection soient liées par des
mécanismes fondamentaux.
Par exemple, si pour les étoiles jeunes on peut imaginer qu’une partie de la matière éjectée
puisse provenir de l’étoile en formation, il est bien évident que les jets provenant de NAG
ou de microquasars abritant un trou noir ne peuvent être constitués de la matière du trou
noir central. La matière éjectée vient donc nécessairement du disque d’accrétion. De par
l’apparente universalité de ces phénomènes, il est donc très tentant de supposer que dans
tous les objets, les jets se forment effectivement à partir du disque.
De nombreuses observations semblent de plus aller dans ce sens. Que ce soit dans les
étoiles jeunes (YSO Cabrit et al. 1990, Hartigan et al. 1995), les NAG (Serjeant et al. 1998,
Marscher et al. 2002) ou les microquasars (Mirabel et al. 1998, Fender et al. 1999, Fender
& Belloni 2004) de fortes corrélations sont en effet observées entre l’émission X (et visible)
caractéristique du disque et l’émission radio ou infrarouge caractéristique des jets. Il semble en
particulier que l’apparition et la puissance des jets soient directement liée au taux d’accrétion
déduit des observations : plus le taux d’accrétion est élevé, plus le jet est marqué. Le jeu des
causes/conséquences est assez intuitif dans ce sens : il paraît légitime que la source de matière
(le jet) puisse gouverner le jet. Cependant, il est également probable que l’existence d’un jet
puisse notablement influencer les caractéristiques de l’accrétion, ce qui est moins évident.
Mais nous reviendrons sur ce point un peu plus tard.
5.2 L’accrétion
5.2.1 L’accrétion, moteur de l’émission
Les objets compacts n’émettent en eux-même que peu de lumière. Les trous noirs en
particulier sont connus pour n’émettre aucune radiation lumineuse mesurable. La luminosité
très intense des binaires X nécessite donc une autre source. Comme nous allons le voir, le seul
moyen que l’on connaisse actuellement pour libérer suffisamment d’énergie est l’accrétion de
matière. Ce mécanisme possède la propriété de devenir extrêmement efficace lorsque l’objet
central est compact.
Considérons tout d’abord une particule de masse m, au repos, à l’infini, dans un champ
de gravité crée par une masse centrale M. Alors, par définition, elle possède une énergie
gravitationnelle et cinétique nulle. Lorsqu’elle tombe dans le puits de potentiel, elle perd de
l’énergie gravitationnelle et gagne de l’énergie cinétique. Un gaz se comporte globalement
de la même manière que cette particule individuelle. Lorsqu’une masse de gaz s’accrète, elle
perd de l’énergie potentielle et gagne de l’énergie cinétique. Du point de vue de l’accréteur, si
une masse ṁ s’accrète par seconde depuis l’infini jusqu’à une distance R du centre de masse,
alors la variation temporelle de l’énergie gravitationnelle du système global est la suivante :
∂ t Φ = GMṁ
R
(5.1)
Selon les différents processus physiques à l’oeuvre, toute ou partie de cette énergie peut
ensuite être convertie en énergie lumineuse. La perte d’énergie potentielle du gaz correspond
donc à la luminosité maximale du disque d’accrétion. On peut réécrire cette luminosité en
fonction du paramètre de relativité de la masse centrale (Frank et al. 2002) :
L acc = Ξṁc 2 (5.2)
On voit bien sûr que plus le taux d’accrétion est important, plus la luminosité d’accrétion
est grande. Mais on voit également que plus l’objet central est compact, plus la conversion
de l’énergie gravitationnelle est efficace. Pour les naines blanches et les étoiles à neutrons, le