Cachés dans l’obscurité de l’espace, les trous noirs sont connus pour déchiqueter les étoiles qui s’aventurent trop près, puis les engloutir. Mais les astronomes n’ont eu qu’une compréhension rudimentaire de ce processus dramatique.
Une nouvelle étude apporte quelques éclaircissements. Les astronomes ont repéré des flux de matière stellaire qui ont fait le tour complet trous noirs et se sont heurtés à eux-mêmes. De telles collisions ont longtemps été théorisées, mais les nouvelles observations fournissent pour la première fois un regard direct sur les premières étapes de la formation de disques autour des trous noirs.
“C’est un résultat intéressant”, a déclaré Dheeraj Pasham, chercheur au MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, qui n’a pas participé à la nouvelle étude. Des études comme celle-ci “ouvrent une nouvelle fenêtre sur la physique détaillée de la façon dont un trou noir massif mange exactement un étoile.”
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Les trous noirs sont invisibles sauf lorsqu’ils dévorer les étoiles proches, les astronomes surveillent donc ce qu’ils appellent un événement de perturbation des marées (TDE), qui décrit une étoile déchirée par un trou noir. Le matériau très chaud de l’étoile défigurée forme un disque autour du trou noir et émet une lumière distincte que les télescopes optiques, à rayons X et radio peuvent observer, ce qui est l’un des seuls moyens pour les astronomes d’apprendre l’existence d’un trou noir.
Bien que lumière optique – qui montre l’univers dans des couleurs que les yeux humains peuvent voir – à partir de disques d’accrétion a été enregistrée depuis longtemps, son origine “est un grand puzzle”, a déclaré le scientifique Dacheng Lin de l’Université du Nord-Est, qui n’a pas participé à la nouvelle étude. Plus précisément, il a été difficile pour les astronomes de discerner si la lumière provient de la matière stellaire à l’étape de formation du disque ou à l’étape d’être avalée par un trou noir.
Maintenant, une équipe étudiant un TDE appelé AT 2020mot a trouvé des preuves solides pour la première théorie. Situé à plus de 900 millions d’années-lumière de Terre dans une galaxie appelée WISEA J003113.52+850031.8, un un trou noir supermassif – environ 3,6 millions de fois plus massive que notre soleil – a massacré une malheureuse étoile. Tous deux étaient repéré en 2020 (s’ouvre dans un nouvel onglet) et ne sont pas encore nommés. L’étoile détruite émet de fortes émissions optiques, grâce à de multiples flux de son matériau qui ont orbité autour du trou noir et se sont écrasés sur eux-mêmes, selon les chercheurs.
“Nous nous attendons à ce que le flux se circularise lentement et devienne essentiellement le disque d’accrétion. Finalement, il sera consommé par le trou noir”, a déclaré Yannis Liodakis, chercheur au Centre finlandais d’astronomie de l’Observatoire européen austral et auteur principal du nouveau étude. “Le disque d’accrétion n’est que l’étape intermédiaire.”
L’équipe de Liodakis a estimé que les flux ont mis 43 jours terrestres pour faire le tour du trou noir et entrer en collision. De tels événements ne sont pas rares et sont en fait attendus après la perturbation des étoiles et pendant que les disques d’accrétion prennent forme.
“On s’attend à ce qu’une fois que nous avons des collisions de flux, c’est ce qui déclenche le processus de formation d’un disque”, a déclaré Fulya Kıroğlu, un étudiant diplômé de l’Université Northwestern qui n’a pas participé à la dernière étude.
Ses recherches avaient précédemment révélé que les trous noirs de taille moyenne consomment des étoiles comme des tout-petits désordonnés, en ce sens qu’ils mangent de la matière stellaire et jettent le reste. “Je pense qu’ici, nous devrions nous attendre au scénario classique où environ la moitié de l’étoile est liée au trou noir et l’autre moitié est éjectée à l’infini”, a déclaré Kıroğlu.
L’équipe à l’origine de la dernière étude a également calculé la polarisation de la lumière détectée. (La lumière polarisée présente des ondes qui oscillent dans la même direction, plutôt que dans diverses directions aléatoires, comme le fait la lumière “normale”.) À la grande surprise de l’équipe, la lumière a été polarisée à un niveau extraordinaire (25 %). C’est beaucoup plus élevé que les 2% trouvés par une poignée d’études antérieures qui ont enquêté sur les disques d’accrétion ailleurs dans l’univers.
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Cette découverte est importante car les valeurs de polarisation inférieures peuvent être expliquées par divers autres processus, mais “il y a très peu de choses dans l’univers qui peuvent produire une lumière hautement polarisée”, a déclaré Liodakis.
Une telle chose est un jet relativiste le dynamitage d’un trou noir, qui remue la matière autour du trou noir et l’éjecte parfois dans le vide environnant. L’équipe d’étude a donc utilisé le Karl G. Jansky Very Large Array, une installation de télescope de radioastronomie au Nouveau-Mexique, pour rechercher des jets relativistes, qui rayonnent fortement dans les longueurs d’onde radio. Mais ils n’ont pu en repérer aucun. Au lieu de cela, les modèles de l’équipe montrent que les chocs créés par plusieurs flux de matériaux stellaires en collision sont responsables de la lumière hautement polarisée, ont écrit les chercheurs dans la nouvelle étude.
Tout comme certaines lunettes de soleil polarisent la lumière du soleil en en filtrant une partie pour réduire l’éblouissement, la lumière est polarisée lorsqu’elle est émise dans des poches d’espace magnétisées. Autour du trou noir étudié dans le nouvel article, le champ magnétique de l’étoile perturbée pourrait avoir suffisamment accéléré les particules pour émettre rayonnement synchrotron, qui est naturellement polarisé sur les quantités élevées détectées par l’équipe. Alternativement, le champ magnétique lui-même peut être “étiré le long du flux”, conduisant à une polarisation élevée, a déclaré Liodakis.
La nouvelle étude est l’une des rares à mesurer la polarisation de la lumière optique des disques d’accrétion, donc plus d’observations et de simulations informatiques sont nécessaires pour comprendre lequel des deux scénarios est responsable de la lumière polarisée ainsi que sa rareté, a-t-il ajouté.
“C’est très excitant, car cela suggère que la réalité pourrait être plus compliquée que nous ne le pensions”, a déclaré Giorgos Leloudas, un scientifique qui étudie les TDE à l’Institut national de l’espace de l’Université technique du Danemark et n’a pas participé à la dernière étude. . “Il pourrait y avoir plusieurs façons de créer des émissions par des événements de perturbation des marées.”
Pour l’instant, “AT 2020mot semble être l’exception et non la règle”, a-t-il déclaré.
Le nouvelle étude a été publié jeudi 11 mai dans la revue Science.
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2023-05-11 21:01:54
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