Pour la toute première fois, les astronomes repèrent la lumière d’un éclatement d’un trou noir

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Image conceptuelle de deux trous noirs sur le point de fusionner, situés dans le disque gazeux d'un trou noir supermassif à proximité (la tache lumineuse à l'arrière-plan).

Image conceptuelle de deux trous noirs sur le point de fusionner, situés dans le disque gazeux d’un trou noir supermassif à proximité (la tache lumineuse à l’arrière-plan).
Image: R. Hurt / Caltech / Centre de traitement et d’analyse infrarouge

Les trous noirs ne sont pas censés laisser passer de lumière lorsqu’ils se percutent, ou du moins c’est ce que les physiciens pensaient.

Le 21 mai 2019, des astronomes utilisant l’interféromètre Virgo et l’observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de la National Science Foundation de la National Science Foundation ont détecté une signature d’onde gravitationnelle compatible avec une fusion de trous noirs. Cet événement, appelé S190521g, ne semblait au départ pas produire de lumière visible.

Un examen ultérieur des données collectées dans un observatoire distinct, le Zwicky Transient Facility (ZTF) de l’Université de Caltech, a fourni des preuves de la lumière provenant de ce même événement, qui, s’il était confirmé, serait une première pour l’astronomie. Ce recherche, dirigé par l’astronome Matthew Graham de Caltech, apparaît maintenant dans Physical Review Letters.

Collision d’étoiles à neutrons, les restes super-denses d’étoiles éclatées, produire toutes sortes de spectres d’émission, y compris infrarouge, ultraviolet, lumière visible, rayons X, rayons gamma et ondes radio. La fusion des trous noirs, d’autre part, émet un rayonnement détectable sous la forme d’ondes gravitationnelles, qui sont des ondulations dans l’espace-temps lui-même. Pour que la fusion des trous noirs produise de la lumière, quelque chose d’assez extraordinaire doit s’être produit, et comme le suggèrent les nouvelles recherches, quelque chose de très important s’est produit.

L’événement S190521g s’est produit près du trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Ce trou noir est entouré d’un gigantesque disque rempli de toutes sortes de choses, du gaz, de la poussière et des astéroïdes aux étoiles, aux étoiles à neutrons et aux petits trous noirs.

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«Ces objets pullulent comme des abeilles en colère autour de la monstrueuse reine des abeilles au centre. Ils peuvent trouver brièvement des partenaires gravitationnels et s’associer, mais perdent généralement leurs partenaires rapidement à cause de la danse folle », a expliqué KE Saavik Ford, astronome à la City University of New York (CUNY) et co-auteur du nouvel article, dans un communiqué de presse. « Mais dans le disque d’un trou noir supermassif, le gaz qui coule convertit la fosse de mosh de l’essaim en un menuet classique, organisant les trous noirs afin qu’ils puissent s’associer. »

Dans le cas du S190521g, le trou noir nouvellement fusionné a été envoyé en carénage, lors d’un événement astrophysique appelé «coup de pied». Ce coup de pied a fait dévaler le trou noir à travers le disque à une vitesse vertigineuse, déclenchant une réaction avec le gaz environnant qui a produit une torche exceptionnellement brillante et de durée de vie relativement longue.

« Ce trou noir supermassif a été entrain de s’écouler pendant des années avant cette fusée plus abrupte », a déclaré Graham. «L’éruption s’est produite à la bonne échelle de temps et au bon endroit pour coïncider avec l’événement des ondes gravitationnelles. Dans notre étude, nous concluons que la fusée est probablement le résultat d’une fusion de trous noirs, mais nous ne pouvons pas complètement exclure d’autres possibilités. »

Ces autres possibilités incluent une supernova ou un événement de perturbation de marée, dans lequel une étoile s’écrase dans un trou noir.

Cela dit, le moment, la durée, la taille et l’emplacement de l’événement de torchage ne sont pas typiques à proximité du trou noir supermassif et dans son disque environnant, selon l’examen des données recueillies au cours des 15 dernières années. De plus, et comme prévu précédemment par la même équipe, la fusée ne devrait faire son apparition que dans les jours ou semaines suivant la fusion du trou noir. Et c’est précisément ce qui a été observé avec le S190521g, car la fusée éclairante est apparue quelques jours après que les scientifiques ont détecté l’événement des ondes gravitationnelles. Fait intéressant, la fusée s’estompa lentement au cours d’un mois.

Une prochaine étape importante sera pour les chercheurs de documenter la même chose qui se passe dans d’autres fusions de trous noirs. Cela ne devrait pas être trop difficile, car un plus grand nombre de ces événements devraient être repérés à l’avenir, étant donné les équipements de détection de plus en plus sophistiqués. Et en fait, l’une de ces futures observations pourrait impliquer le même trou noir, qui devrait revenir dans le disque et éventuellement rencontrer un autre trou noir sans méfiance.

Scientifiques récemment documenté une collision impliquant un trou noir et un objet beaucoup plus petit, soit une étoile à neutrons inhabituellement lourde, soit un trou noir inhabituellement petit. Aucune signature lumineuse n’a été détectée à partir de cet événement, donc soit ces types de collisions ne produisent pas de lumière, soit ces deux objets n’étaient pas dans un environnement propice à la production de lumière. Une autre possibilité est que cette collision a en fait produit une fusée éclairante, mais les scientifiques ne l’ont tout simplement pas vue dans les données. Curieusement, plusieurs observatoires ont enregistré les conséquences de cette collision, il est donc possible que d’autres indices soient découverts.

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