GX 339-4 est un trou noir stellaire situé à environ 26 000 années-lumière en direction du centre galactique, dans la constellation du Scorpion. Découvert en 1973 par le satellite OSO-7, il est devenu l’un des systèmes binaires X les plus étudiés de l’astrophysique moderne. Sa récurrence de sursauts — plusieurs épisodes par décennie — et la richesse de ses comportements d’accrétion en font le laboratoire de référence pour comprendre la physique des trous noirs en accrétion active.
Description
GX 339-4 est un système binaire composé d’un trou noir stellaire d’environ 5,8 masses solaires et d’une étoile compagnon de faible masse en orbite avec une période d’environ 1,76 jour. Le trou noir arrache continuellement de la matière à son compagnon, accumulant dans un disque d’accrétion qui peut périodiquement basculer dans des phases d’accrétion intense — les sursauts observés en rayons X.
Ce système est le cas d’école pour illustrer les transitions entre les états spectraux des trous noirs en accrétion. En état dur, le spectre X est dominé par une composante non thermique dure produite par une corona chaude d’électrons entourant le trou noir. En état mou, le disque d’accrétion domine avec un spectre thermique plus doux. Entre les deux, des états intermédiaires complexes sont observés, souvent associés à des éjections de jets radio discrets.
Les jets de GX 339-4 ont été particulièrement bien étudiés en radio. En état dur, un jet compact et continu est détecté, dont la luminosité radio corrèle étroitement avec la luminosité X. Cette corrélation, observée sur plusieurs décennies et plusieurs sursauts, est l’une des bases empiriques de la relation universelle entre accrétion et jets dans les trous noirs stellaires.
Observation
GX 339-4 est visible uniquement aux longueurs d’onde à haute énergie :
- En optique : détectable avec un grand télescope lors des sursauts (magnitude ~15-16), mais fortement rougi par la poussière galactique
- En rayons X : source brillante et bien étudiée par RXTE, Chandra, XMM-Newton, Swift, NICER et NuSTAR
- En radio : jets détectés par le VLA, ATCA et MeerKAT lors des phases actives
Son monitoring régulier par les observatoires X permet de détecter le début de chaque nouveau sursaut et de déclencher des campagnes multi-longueurs d’onde.
Particularités
GX 339-4 est la source sur laquelle a été établie la relation fondamentale entre luminosité radio et luminosité X dans les trous noirs stellaires en état dur — la séquence fondamentale des trous noirs. Cette relation, analogue à celle observée dans les noyaux actifs de galaxies, suggère une physique universelle des jets relativistes indépendante de la masse de l’objet compact, des étoiles à neutrons aux trous noirs supermassifs.
La mesure du spin de GX 339-4 via la modélisation du spectre du disque d’accrétion indique une rotation modérée, avec des valeurs variant selon les méthodes et les sursauts étudiés. Cette variabilité apparente des mesures de spin selon l’état d’accrétion est elle-même un sujet de recherche actif, soulevant des questions sur la stabilité du disque interne.
Chaque nouveau sursaut de GX 339-4 est l’occasion de tester et d’affiner les modèles théoriques des disques d’accrétion, des couronnes et des jets. Sa récurrence prévisible — environ un sursaut majeur tous les deux à trois ans — en fait un objet idéal pour les programmes d’observation à long terme.