Parfois, les astronomes ont de la chance et assistent à un événement qu’ils peuvent observer pour voir comment évoluent les propriétés de certains des objets les plus massifs de l’univers. Cela s’est produit en février 2020, lorsqu’une équipe d’astronomes internationaux dirigée par Dheeraj (DJ) Pasham du MIT a découvert un type particulier d’événement passionnant qui les a aidés à suivre pour la première fois la vitesse à laquelle un trou noir supermassif tournait.
Le Dr Pasham a trouvé AT2020ocn, un flash lumineux capturé par l’installation transitoire de Zwicky à l’observatoire Palomar. Il pensait que cela pourrait signifier un événement de perturbation des marées (TDE). Lors de ces événements extrêmes, un trou noir déchire une étoile. Une partie des restes de l’étoile est projetée hors du trou noir, mais une partie tombe dans le disque d’accrétion. Et la façon dont ils tombent pourrait être la clé pour comprendre comment tourne un trou noir.
La façon dont ce disque s’accumule est attribuable à une théorie cosmologique appelée précession de Lense-Thirring, qui montre comment l’espace-temps est déformé par de puissants champs gravitationnels, comme ceux autour des trous noirs. La théorie de Lense-Thirring prédit qu’un disque d’accrétion formé après un TDE « vacillerait » peu de temps après l’événement avant de se stabiliser en un motif plus standard de matière en orbite autour d’un trou noir. La clé serait d’attraper un événement TDE très tôt après qu’il se soit produit, puis d’observer les « oscillations » qui en résultent sur une période de temps aussi longue que possible.
Fraser discute de la mesure de la rotation d’un trou noir.
Ainsi, attraper AT2020ocn n’était que la première étape – les auteurs devaient ensuite le surveiller – de préférence pendant des mois. Pour ce faire, ils ont recruté le Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER), un télescope à rayons X attaché à l’ISS. NICER a observé la galaxie contenant AT2020ocn pendant 200 jours immédiatement après le flash lumineux capturé par Zwicky.
Ils ont commencé à remarquer une tendance. Tous les 15 jours, la quantité de rayons X émis autour du trou noir atteignait un pic abrupt, indiquant le potentiel « oscillation » qu’ils recherchaient. En intégrant cette fréquence aux équations de la théorie de Lense-Thirring, ainsi qu’aux estimations de la masse de l’étoile et de la masse du trou noir, ils ont déterminé que le trou noir tournait à 25 % de la vitesse de la lumière, ce qui est en fait relativement lent pour un trou noir. .
La vitesse de rotation d’un trou noir peut augmenter ou diminuer en fonction de son environnement local. À mesure qu’il absorbe plus de matière, généralement sous forme de matière provenant de son disque d’accrétion qui y tombe, sa vitesse de rotation augmente. En revanche, s’il entre en collision avec un autre trou noir, la vitesse de rotation globale pourrait diminuer, car les rotations des deux trous noirs pourraient être opposées. Cela semble être ce qui s’est produit avec le trou noir à l’origine du TDE AT2020ocn, étant donné sa vitesse relativement lente par rapport aux autres trous noirs.
Les trous noirs tournent généralement à une vitesse exceptionnelle, comme l’explique Fraser dans cette vidéo.
Les résultats de ces travaux ont été récemment publiés dans un article dans Nature. Ils pourraient également jeter les bases du calcul de la rotation d’autres trous noirs supermassifs de la galaxie. Le Dr Pasham pense que les astronomes pourraient calculer les spins de centaines de trous noirs, ce qui permettrait de mieux comprendre leur formation et leur cycle de vie.
Mais pour y parvenir, il leur faudra encore beaucoup de chance. Les TDE sont des événements relativement rares, et même lorsqu’ils se produisent, il existe des contraintes évidentes en termes de ressources sur le temps du télescope. L’observatoire Vera Rubin pourrait être utile, car il surveillera de grandes parties du ciel, mais sa mise en service n’est pas prévue avant le milieu de l’année prochaine. D’ici là, ceux qui s’intéressent au suivi des rotations des trous noirs devront peut-être s’appuyer sur le hasard pour trouver un événement rare et disposer du temps du télescope pour le surveiller.
Apprendre encore plus:
AVEC – À l’aide d’un matériau stellaire vacillant, les astronomes mesurent pour la première fois la rotation d’un trou noir supermassif
Pasham et coll. – Précession de Lense-Thirring après qu’un trou noir supermassif ait perturbé une étoile
UT – Les trous noirs tirent des faisceaux de particules, changeant de cible au fil du temps
UT – Le trou noir de la Voie lactée tourne aussi vite que possible
Image principale :
Représentation artistique de la façon dont le disque d’accrétion autour d’un trou noir pourrait osciller en fréquence avec sa rotation, et comment cette oscillation pourrait être capturée par un capteur proche de la Terre.
Crédits : Michal Zajacek & Dheeraj Pasham
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2024-05-26 16:22:13
1716737819
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