Disque d’accrétion autour des trous noirs recréé en laboratoire

Des chercheurs de l’Imperial College ont créé un disque de plasma en rotation dans un laboratoire, imitant les disques trouvés autour des trous noirs et formant des étoiles.

L’expérience modélise plus précisément ce qui se passe dans ces disques de plasma, ce qui pourrait aider les chercheurs à découvrir comment les trous noirs se développent et comment la matière qui s’effondre forme des étoiles.

Au fur et à mesure que la matière s’approche des trous noirs, elle se réchauffe et devient un plasma, un quatrième état de la matière constitué d’ions chargés et d’électrons libres. Il commence également à tourner, dans une structure appelée disque d’accrétion. La rotation provoque une force centrifuge poussant le plasma vers l’extérieur, qui est équilibrée par la gravité du trou noir qui l’attire.

Ces anneaux incandescents de plasma en orbite posent un problème : comment un trou noir se développe-t-il si le matériau est bloqué en orbite plutôt que de tomber dans le trou ? La théorie principale est que les instabilités des champs magnétiques dans le plasma provoquent des frottements, ce qui le fait perdre de l’énergie et tombe dans le trou noir.

La principale façon de tester cela a été d’utiliser des métaux liquides qui peuvent être tournés et de voir ce qui se passe lorsque des champs magnétiques sont appliqués. Cependant, comme les métaux doivent être contenus dans des tuyaux, ils ne sont pas une véritable représentation du plasma à écoulement libre.

Maintenant, les chercheurs de l’Impérial ont utilisé leur machine MAGPIE ( Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments ) pour faire tourner le plasma dans une représentation plus précise des disques d’accrétion. Les détails de l’expérience sont publiés le 12 mai dans la revue Lettres d’examen physique.

Plasma accélérateur

Le premier auteur, le Dr Vicente Valenzuela-Villaseca, a terminé l’étude au cours de son doctorat. au Département de physique de l’Impériale. Il a déclaré: “Comprendre le comportement des disques d’accrétion nous aidera non seulement à révéler comment les trous noirs se développent, mais aussi comment les nuages ​​​​de gaz s’effondrent pour former des étoiles, et même comment nous pourrions mieux créer nos propres étoiles en comprenant la stabilité des plasmas dans expériences de fusion.”

L’équipe a utilisé la machine MAGPIE pour accélérer huit jets de plasma et les faire entrer en collision, formant une colonne tournante. Ils ont découvert que le plus proche de l’intérieur de l’anneau en rotation se déplaçait plus vite, ce qui est une caractéristique importante des disques d’accrétion dans l’univers.

MAGPIE produit de courtes impulsions de plasma, ce qui signifie qu’une seule rotation du disque était possible. Cependant, cette expérience de preuve de concept montre comment le nombre de rotations pourrait être augmenté avec des impulsions plus longues, permettant une meilleure caractérisation des propriétés du disque. Une durée d’exécution de l’expérience plus longue permettrait également d’appliquer des champs magnétiques, pour tester leur influence sur le frottement du système.

Le Dr Valenzuela-Villaseca a déclaré : “Nous ne sommes qu’au début de la possibilité d’examiner ces disques d’accrétion d’une toute nouvelle manière, qui inclut nos expériences et des instantanés de trous noirs avec le télescope Event Horizon. Cela nous permettra de tester notre théories et voir si elles correspondent aux observations astronomiques.”