L’\u00e9toile condamn\u00e9e au centre de cette \u00e9tude a \u00e9t\u00e9 d\u00e9chir\u00e9e par un trou noir supermassif lors d’un soi-disant \u00e9v\u00e9nement de perturbation des mar\u00e9es (TDE). Ces \u00e9v\u00e9nements commencent lorsqu\u2019une \u00e9toile se rapproche trop de l\u2019influence gravitationnelle massive d\u2019un trou noir. Une fois suffisamment proche, d\u2019\u00e9normes forces de mar\u00e9e sont g\u00e9n\u00e9r\u00e9es \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de l\u2019\u00e9toile, qui la serrent horizontalement et l\u2019\u00e9tirent verticalement. C’est ce qu’on appelle la \u00ab\u00a0spaghettification\u00a0\u00bb, et c’est un processus qui transforme une \u00e9toile en un brin de p\u00e2te stellaire, mais, plus important encore, la totalit\u00e9 n’est pas consomm\u00e9e par le trou noir destructeur.<\/p>\n
Une partie de cette mati\u00e8re est emport\u00e9e par le vent et une autre enveloppe le trou noir, formant un nuage aplati appel\u00e9 disque d’accr\u00e9tion. Non seulement ce disque d\u2019accr\u00e9tion alimente progressivement le trou noir central, mais les m\u00eames forces de mar\u00e9e qui ont initialement d\u00e9chir\u00e9 l\u2019\u00e9toile produisent \u00e9galement d\u2019\u00e9normes forces de friction qui r\u00e9chauffent ce bol de gaz et de poussi\u00e8re, le faisant briller vivement.<\/p>\n
De plus, lorsque les trous noirs supermassifs tournent, ils entra\u00eenent avec eux le tissu m\u00eame de l\u2019espace-temps (l\u2019unit\u00e9 quadridimensionnelle de l\u2019espace et du temps). Cet effet \u00abLense-Thirring\u00bb, ou \u00abeffet de tra\u00eenage de cadre\u00bb, signifie que rien ne reste immobile au bord d’un trou noir supermassif en rotation. L\u2019effet provoque \u00e9galement une br\u00e8ve \u00aboscillation\u00bb dans le disque d\u2019accr\u00e9tion nouvellement form\u00e9 du trou noir.<\/p>\n Une \u00e9quipe de chercheurs a d\u00e9couvert que le \u00abwobble\u00bb de ce disque d\u2019accr\u00e9tion pouvait \u00eatre utilis\u00e9 pour d\u00e9terminer la vitesse de rotation du trou noir central. L\u2019effet de tra\u00eenage d\u2019image est pr\u00e9sent dans tous les trous noirs en rotation. Si le trou noir destructeur tourne, alors le flux de d\u00e9bris stellaires sur le trou noir apr\u00e8s le TDE est soumis \u00e0 cet effet.<\/p>\n Pour l\u2019\u00e9tude TDE et frame-dragging, l\u2019\u00e9quipe a pass\u00e9 cinq ans \u00e0 rechercher des exemples brillants et relativement proches de fragmentation stellaire provoqu\u00e9e par des trous noirs qui pourraient \u00eatre rapidement suivis. L’objectif \u00e9tait de d\u00e9tecter les signes de pr\u00e9cession du disque d’accr\u00e9tion provoqu\u00e9s par l’effet Lense-Thirring.<\/p>\n En f\u00e9vrier 2020, cette recherche a abouti. L\u2019\u00e9quipe a pu d\u00e9tecter AT2020ocn, un \u00e9clair lumineux provenant d\u2019une galaxie situ\u00e9e \u00e0 environ un milliard d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re. AT2020ocn a \u00e9t\u00e9 initialement d\u00e9tect\u00e9 aux longueurs d’onde optiques par l’installation transitoire de Zwicky, ces donn\u00e9es de lumi\u00e8re visible indiquant que l’\u00e9mission provenait d’un TDE impliquant un trou noir supermassif d’une masse comprise entre 1 million et 10 millions de masses solaires.<\/p>\n En raison de l’effet Lense-Thirring, l’\u00e9mission de rayons X provenant du disque d’accr\u00e9tion chaud nouvellement form\u00e9 pr\u00e9cesse ou \u00ab\u00a0oscille\u00a0\u00bb. Cela appara\u00eet sous forme de modulations de rayons X dans les donn\u00e9es. Cependant, apr\u00e8s un certain temps, \u00e0 mesure que la puissance d’accr\u00e9tion diminue, la gravit\u00e9 force le disque \u00e0 s’aligner avec le trou noir, apr\u00e8s quoi les oscillations et les modulations des rayons X s’arr\u00eatent.<\/p>\n Le TDE qui a d\u00e9clench\u00e9 AT2020ocn pourrait \u00eatre un \u00e9v\u00e9nement id\u00e9al pour rechercher la pr\u00e9cession Lense-Thirring, et comme ce type d’oscillation n’est pr\u00e9sent que pendant les premiers stades de la formation du disque d’accr\u00e9tion, ils ont d\u00fb agir rapidement.<\/p>\n La seule fa\u00e7on d’observer est qu’une fois qu’une perturbation de mar\u00e9e se produit, vous devez forcer le t\u00e9lescope \u00e0 regarder cet objet en continu pendant tr\u00e8s longtemps, pour examiner toutes sortes d’\u00e9chelles de temps, de quelques minutes \u00e0 quelques mois.<\/p>\n C’est l\u00e0 qu’intervient le Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) de la NASA: un t\u00e9lescope \u00e0 rayons X situ\u00e9 sur la Station spatiale internationale (ISS) qui mesure les \u00e9missions de rayons X autour des trous noirs et d’autres objets massifs ultra-dense et compacts tels que les \u00e9toiles \u00e0 neutrons. L\u2019\u00e9quipe a d\u00e9couvert que NICER \u00e9tait non seulement capable de capter le TDE, mais que le t\u00e9lescope \u00e0 rayons X mont\u00e9 sur l\u2019ISS \u00e9tait \u00e9galement capable de surveiller en permanence l\u2019\u00e9v\u00e9nement au fur et \u00e0 mesure qu\u2019il se d\u00e9roulait sur plusieurs mois.<\/p>\n La luminosit\u00e9 des rayons X et la temp\u00e9rature de la r\u00e9gion \u00e9mettrice de rayons X apr\u00e8s TDE sont modul\u00e9es sur une \u00e9chelle de temps de 15 jours. Ce signal radiographique r\u00e9p\u00e9titif de 15 jours dispara\u00eet au bout de trois mois.<\/p>\n Les r\u00e9sultats de l\u2019\u00e9tude ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 une surprise.<\/p>\n Les estimations de la masse du trou noir et de la masse de l’\u00e9toile d\u00e9truite ont montr\u00e9 que le trou noir ne tourne pas aussi vite que pr\u00e9vu. Le trou noir ne tourne pas aussi vite \u2013 seulement moins de 25 % de la vitesse de la lumi\u00e8re.<\/p>\n Gr\u00e2ce \u00e0 l’observatoire Vera K. Rubin, actuellement en construction dans le nord du Chili, qui m\u00e8nera une \u00e9tude de l’univers sur 10 ans appel\u00e9e Legacy Survey of Space and Time (LSST), la chasse au TDE devrait avoir un bel avenir. . Rubin d\u00e9couvrira des milliers de TDE au cours de la prochaine d\u00e9cennie. Si nous pouvons mesurer la pr\u00e9cession Lense-Thirring, m\u00eame d’une petite partie d’entre eux, nous pouvons dire quelque chose sur la distribution de spin des trous noirs supermassifs, qui est li\u00e9e \u00e0 la fa\u00e7on dont ils ont \u00e9volu\u00e9 au cours de l’\u00e2ge de l’Univers.<\/p>\n Des trous noirs insaisissables de taille moyenne peuvent se former dans des \u00abnids de naissance\u00bb denses.<\/strong><\/span>\u00a0La mod\u00e9lisation a montr\u00e9 que des trous noirs d’une masse comprise entre 100 et 10 000 masses solaires peuvent na\u00eetre \u00e0 la suite d’une cha\u00eene chaotique de collisions stellaires, rapporte le magazine Science.<\/p>\n Les chercheurs ont d\u00e9couvert que des trous noirs insaisissables de masse interm\u00e9diaire peuvent se former dans des amas d\u2019\u00e9toiles denses contenant des dizaines de milliers, voire des millions d\u2019\u00e9toiles tr\u00e8s serr\u00e9es, appel\u00e9es \u00abamas globulaires\u00bb.<\/p>\n Un trou noir de masse interm\u00e9diaire a une masse comprise entre 100 et 10 000 soleils. Ils sont plus lourds que les trous noirs de masse solaire, dont la masse varie de 10 \u00e0 100 masses solaires, mais plus l\u00e9gers que les trous noirs supermassifs, qui ont des masses \u00e9quivalentes \u00e0 des millions, voire des milliards de soleils.<\/p>\n Ces objets cosmiques interm\u00e9diaires se sont r\u00e9v\u00e9l\u00e9s insaisissables pour les astronomes, le premier exemple ayant \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvert en 2012. D\u00e9sign\u00e9e GCIRS 13E, elle a une masse 1\u00a0300 fois celle du Soleil et se situe \u00e0 26\u00a0000 ann\u00e9es-lumi\u00e8re, en direction du centre galactique de la Voie lact\u00e9e.<\/p>\n L\u2019un des myst\u00e8res entourant les trous noirs de masse interm\u00e9diaire concerne leur formation. Les trous noirs de masse stellaire naissent lorsque des \u00e9toiles massives s\u2019effondrent, et les trous noirs supermassifs se d\u00e9veloppent \u00e0 la suite de fusions ult\u00e9rieures de trous noirs de plus en plus grands. Cependant, une \u00e9toile suffisamment massive pour mourir et cr\u00e9er un trou noir avec des milliers de masses solaires doit \u00eatre incroyablement rare et doit lutter pour maintenir cette masse pendant qu’elle \u00abmeurt\u00bb.<\/p>\n Pour explorer le myst\u00e8re de la naissance de ces trous noirs de masse interm\u00e9diaire, une \u00e9quipe de chercheurs a men\u00e9 les toutes premi\u00e8res simulations stellaires d\u2019amas massifs. Cela a montr\u00e9 qu’un \u00abnid de maternit\u00e9\u00bb de nuages \u200b\u200bmol\u00e9culaires suffisamment denses d’amas globulaires peut cr\u00e9er des \u00e9toiles suffisamment massives pour s’effondrer et donner naissance \u00e0 un trou noir de masse interm\u00e9diaire.<\/p>\n \u00ab\u00a0Des observations ant\u00e9rieures sugg\u00e9raient que certains amas d’\u00e9toiles massifs, les amas globulaires, contiennent un trou noir de masse interm\u00e9diaire\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Michiko Fujii, chef d’\u00e9quipe et scientifique de l’Universit\u00e9 de Tokyo, dans un communiqu\u00e9. \u00ab\u00a0Jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent, il n’y avait aucune preuve th\u00e9orique convaincante pour soutenir l’existence d’un trou noir de masse interm\u00e9diaire avec une masse comprise entre 1 000 et 10 000 masses solaires, par rapport \u00e0 des trous moins massifs (masse stellaire) et plus massifs (supermassifs).\u00a0\u00bb<\/p>\n Le terme \u00abnid de maternit\u00e9\u00bb peut tr\u00e8s bien \u00e9voquer des images et des sentiments de chaleur, de confort et de calme, mais il ne pourrait pas \u00eatre moins appropri\u00e9 pour d\u00e9crire la formation d’\u00e9toiles dans des amas globulaires. Ces conglom\u00e9rats d\u2019\u00e9toiles tr\u00e8s serr\u00e9s vivent dans le chaos et la confusion, avec des diff\u00e9rences de densit\u00e9 provoquant des collisions et des fusions d\u2019\u00e9toiles. Ce processus am\u00e8ne les \u00e9toiles \u00e0 accumuler de la masse, augmentant ainsi leur influence gravitationnelle, attirant davantage d\u2019\u00e9toiles \u00e0 proximit\u00e9 et provoquant ainsi de plus en plus de fusions.<\/p>\n Les processus de collision et de fusion incontr\u00f4lables se produisant au c\u0153ur des amas globulaires peuvent cr\u00e9er des \u00e9toiles d’une masse \u00e9quivalente \u00e0 environ 1 000 soleils. Cette masse est suffisante pour cr\u00e9er un trou noir de masse interm\u00e9diaire, mais il y a un obstacle.<\/p>\n Les astrophysiciens savent que lorsque les \u00e9toiles s\u2019effondrent pour former des trous noirs, une grande partie de leur masse est emport\u00e9e par les explosions de supernova ou les vents stellaires. Des simulations ant\u00e9rieures de la formation de trous noirs de masse interm\u00e9diaire l’ont confirm\u00e9, sugg\u00e9rant en outre que m\u00eame des \u00e9toiles massives d’une masse de 1 000 masses solaires seraient trop petites pour cr\u00e9er un trou noir de masse interm\u00e9diaire.<\/p>\n Pour savoir si une \u00e9toile massive pourrait survivre avec une masse suffisante pour donner naissance \u00e0 un trou noir de masse interm\u00e9diaire, Fujii et son \u00e9quipe ont simul\u00e9 un amas globulaire lors de sa formation.<\/p>\n \u00ab\u00a0Nous avons r\u00e9alis\u00e9 avec succ\u00e8s des simulations num\u00e9riques de la formation d’amas globulaires en simulant pour la premi\u00e8re fois des \u00e9toiles individuelles\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Fujii. \u00abEn r\u00e9solvant des \u00e9toiles individuelles avec des masses r\u00e9alistes pour chacune, nous avons pu reconstruire des collisions stellaires dans un environnement dens\u00e9ment peupl\u00e9. Pour ces simulations, nous avons d\u00e9velopp\u00e9 un nouveau code de simulation dans lequel nous pourrions int\u00e9grer des millions d\u2019\u00e9toiles avec une grande pr\u00e9cision.\u00bb<\/p>\n Dans l\u2019amas globulaire simul\u00e9, des collisions et des fusions incontr\u00f4lables ont produit des \u00e9toiles extr\u00eamement massives, capables de conserver suffisamment de masse pour s\u2019effondrer et donner naissance \u00e0 un trou noir de masse interm\u00e9diaire.<\/p>\n L\u2019\u00e9quipe a \u00e9galement d\u00e9couvert que la simulation pr\u00e9disait le rapport de masse entre un trou noir de masse interm\u00e9diaire et l\u2019amas globulaire dans lequel il se forme. Cette relation s’av\u00e8re coh\u00e9rente avec les observations astronomiques r\u00e9elles.<\/p>\n \u00ab\u00a0Notre objectif ultime est de simuler des galaxies enti\u00e8res\u00a0\u00bb, a expliqu\u00e9 Fujii. \u00abIl reste difficile de simuler des galaxies de la taille de la Voie lact\u00e9e en \u00e9tudiant des \u00e9toiles individuelles \u00e0 l\u2019aide des superordinateurs actuellement disponibles. Cependant, il serait possible de mod\u00e9liser des galaxies plus petites, comme les galaxies naines.\u00bb<\/p>\n Fujii et son \u00e9quipe ont \u00e9galement l’intention de cibler les amas d’\u00e9toiles form\u00e9s au d\u00e9but de l’Univers. \u00ab\u00a0Les premiers amas sont \u00e9galement des endroits o\u00f9 des trous noirs de masse interm\u00e9diaire peuvent na\u00eetre\u00a0\u00bb, a-t-elle d\u00e9clar\u00e9.<\/p>\n Les \u00e9toiles disparaissent-elles dans leurs propres trous noirs?<\/strong><\/span>\u00a0Les scientifiques ont trouv\u00e9 des preuves irr\u00e9futables que certaines \u00e9toiles massives finissent leur vie en plongeant dans un trou noir qu’elles ont eux-m\u00eames cr\u00e9\u00e9, sans la lumi\u00e8re ni la fureur d’une supernova, rapporte la revue Physical Review Letters.<\/p>\n Les \u00e9toiles g\u00e9n\u00e8rent de l’\u00e9nergie gr\u00e2ce \u00e0 des processus de fusion nucl\u00e9aire dans leur noyau, par lesquels elles convertissent l’hydrog\u00e8ne en h\u00e9lium. Lorsque les \u00e9toiles, qui font au moins huit fois la masse de notre Soleil, manquent de cette r\u00e9serve d’hydrog\u00e8ne, elles commencent des r\u00e9actions de fusion impliquant d’autres \u00e9l\u00e9ments – h\u00e9lium, carbone, oxyg\u00e8ne, etc., jusqu’\u00e0 ce qu’elles disposent d’un noyau inerte de fer. plus d’\u00e9nergie pour une r\u00e9action de fusion que ce qu’elle peut produire. \u00c0 ce stade, les r\u00e9actions de fusion s\u2019arr\u00eatent et la production d\u2019\u00e9nergie qui maintient l\u2019\u00e9toile ensemble s\u2019\u00e9vapore. Soudainement, la gravit\u00e9 prend le dessus et provoque l’effondrement du noyau, tandis que les couches externes de l’\u00e9toile rebondissent sur le noyau qui s’effondre et explosent vers l’ext\u00e9rieur, formant une supernova qui, en quelques semaines, peut parfois briller plus fort qu’une galaxie enti\u00e8re.<\/p>\n Pendant ce temps, le noyau qui s\u2019effondre forme un objet compact. Cet objet est souvent une \u00e9toile \u00e0 neutrons en rotation appel\u00e9e pulsar, mais dans certaines conditions, il peut s’agir d’un trou noir de masse stellaire. C\u2019est l\u2019histoire standard des chronologies stellaires. Cependant, les astronomes commencent d\u00e9sormais \u00e0 penser que certaines \u00e9toiles qui produisent des trous noirs pourraient le faire sans devenir une supernova.<\/p>\n Les chercheurs ont parfois remarqu\u00e9 des cas de supernovae rat\u00e9es, des \u00e9toiles qui commencent \u00e0 briller comme si elles \u00e9taient sur le point d’exploser, puis disparaissent et disparaissent. Ailleurs, les \u00e9tudes d’anciennes plaques photographiques du projet VASCO (Vanishing and Appearing Objects in a Century of Observations) dirig\u00e9 par Beatriz Villarroel ont d\u00e9couvert des dizaines d’\u00e9toiles sur ces anciennes plaques qui ne sont tout simplement plus visibles; comme s’ils avaient disparu sans laisser de trace.<\/p>\n Ces supernovae rat\u00e9es et ces \u00e9toiles en voie de disparition pourraient-elles \u00eatre la preuve que les \u00e9toiles sont presque enti\u00e8rement aspir\u00e9es dans le trou noir qu\u2019elles forment avant d\u2019avoir une chance d\u2019exploser? Eh bien, peut-\u00eatre, pensent certains scientifiques.<\/p>\n \u00ab\u00a0Si l’on regardait une \u00e9toile visible en train de s’effondrer totalement, cela pourrait \u00eatre, au bon moment, comme si l’\u00e9toile s’\u00e9teignait soudainement et disparaissait du ciel\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Alejandro Vi\u00f1a-Gomez, astrophysicien de l’Institut Max Planck. en Allemagne dans un communiqu\u00e9. \u00ab\u00a0Les astronomes ont en effet r\u00e9cemment observ\u00e9 la disparition soudaine d’\u00e9toiles brillantes.\u00a0\u00bb<\/p>\n Bien que cette id\u00e9e ne reste qu\u2019une th\u00e9orie, elle s\u2019appuie d\u00e9sormais sur des preuves solides sous la forme d\u2019un \u00e9trange syst\u00e8me binaire \u00e9tudi\u00e9 par Vi\u00f1a-G\u00f3mez et son \u00e9quipe. Le syst\u00e8me, d\u00e9sign\u00e9 VFTS 243, a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvert en 2022 et est situ\u00e9 dans la n\u00e9buleuse de la Tarentule, qui se trouve dans le Grand Nuage de Magellan ; il contient une \u00e9toile de 25 masses solaires et un trou noir de 10 masses solaires qui doivent avoir \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9s par une \u00e9toile massive qui a atteint la fin de sa vie relativement r\u00e9cemment, selon les normes cosmiques.<\/p>\n \u00ab\u00a0VFTS 243 est un syst\u00e8me inhabituel\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Vi\u00f1a-Gomez. \u00ab\u00a0M\u00eame si VFTS 243 contient une \u00e9toile qui s’est effondr\u00e9e dans un trou noir, aucune preuve d’explosion n’a \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e nulle part.\u00a0\u00bb<\/p>\n Par exemple, les orbites de l\u2019\u00e9toile et du trou noir dans VFTS 243 autour de leur centre de masse commun sont encore presque circulaires. Cependant, les explosions de supernova sont asym\u00e9triques, avec un peu plus d’\u00e9nergie produite dans une direction que dans l’autre, ce qui devrait donner \u00e0 l’objet compact un \u00abcoup de pied natal\u00bb. Une telle pouss\u00e9e acc\u00e9l\u00e9rerait l\u2019objet compact, provoquant une expansion et un allongement de son orbite. Cette secousse varie g\u00e9n\u00e9ralement de 30 \u00e0 100 kilom\u00e8tres (19 \u00e0 62 miles) par seconde, mais le trou noir du VFTS 243 n’a re\u00e7u qu’une secousse de quatre kilom\u00e8tres (2,5 miles) par seconde au maximum.<\/p>\n Les effets des chocs natals ont d\u00e9j\u00e0 \u00e9t\u00e9 observ\u00e9s chez les pulsars, mais jamais auparavant dans les trous noirs de masse stellaire. Il est possible que cela nous renseigne sur la fa\u00e7on dont les trous noirs de masse stellaire se forment, et VFTS 243 est l’aper\u00e7u le plus clair \u00e0 ce jour des r\u00e9sultats de ce processus.<\/p>\n Les tremblements de naissance sont le r\u00e9sultat de trois choses: l’\u00e9jection de d\u00e9bris de l’\u00e9toile qui explose, l’\u00e9mission de neutrinos du noyau de l’\u00e9toile qui s’effondre et les ondes gravitationnelles. Cependant, s\u2019il n\u2019y avait pas de supernova, il n\u2019y aurait pas de d\u00e9bris, ne laissant que des neutrinos et des ondes gravitationnelles, produisant une pouss\u00e9e beaucoup plus faible \u2013 ce que nous voyons dans VFTS 243.<\/p>\n Si cela est vrai, cela signifie que bon nombre des \u00e9toiles les plus massives de l\u2019Univers qui brillent si intens\u00e9ment finissent leur vie dans l\u2019obscurit\u00e9 silencieuse alors qu\u2019elles sont aspir\u00e9es dans l\u2019oubli par un trou noir. Cela pourrait \u00e9galement \u00eatre le sort final de l\u2019\u00e9toile survivante de VFTS 243 lorsqu\u2019elle atteindra la fin de sa vie.<\/p>\n Il y a \u00e9galement des implications plus larges. Une explosion de supernova est une usine d\u2019\u00e9l\u00e9ments. Non seulement des \u00e9l\u00e9ments tels que l’oxyg\u00e8ne, le carbone et l’azote provenant des couches externes d’une \u00e9toile mourante sont lib\u00e9r\u00e9s dans l’espace o\u00f9 ils peuvent \u00eatre recycl\u00e9s dans la prochaine g\u00e9n\u00e9ration d’\u00e9toiles et de plan\u00e8tes, mais la chaleur et l’\u00e9nergie intenses d’une onde de choc de supernova peuvent conduire \u00e0 la formation d’\u00e9l\u00e9ments encore plus lourds dans les d\u00e9bris de supernova. Par exemple, l\u2019une des raisons pour lesquelles les supernovae brillent si intens\u00e9ment et pendant si longtemps est que la d\u00e9sint\u00e9gration radioactive des isotopes du nickel produite lors de l\u2019explosion produit du cobalt et du fer.<\/p>\n Cependant, si certaines \u00e9toiles massives s\u2019effondrent compl\u00e8tement en trous noirs sans explosions de supernova, elles ne pourront alors pas contribuer \u00e0 la cr\u00e9ation et au traitement des \u00e9l\u00e9ments. Ainsi, les cosmochimistes devront int\u00e9grer ce concept, s\u2019il est effectivement correct, dans leurs mod\u00e8les de formation et de distribution des \u00e9l\u00e9ments dans l\u2019espace. Ce n\u2019est qu\u2019alors qu\u2019ils pourront commencer \u00e0 comprendre pleinement l\u2019\u00e9volution chimique des galaxies, y compris la n\u00f4tre, et la rapidit\u00e9 avec laquelle les \u00e9l\u00e9ments n\u00e9cessaires peuvent s\u2019accumuler pour former des plan\u00e8tes comme la Terre, peut-\u00eatre m\u00eame avec leur propre vie cr\u00e9\u00e9e \u00e0 partir d\u2019\u00e9l\u00e9ments produits par l\u2019explosion d\u2019\u00e9toiles.<\/p>\n Les scientifiques ont confirm\u00e9 pour la premi\u00e8re fois que la structure de l\u2019espace-temps elle-m\u00eame effectue un \u00abdernier saut\u00bb au bord d\u2019un trou noir.<\/strong><\/span> L’observation de cette r\u00e9gion en mouvement rapide autour des trous noirs a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e par des astrophysiciens du d\u00e9partement de physique de l’Universit\u00e9 d’Oxford et a contribu\u00e9 \u00e0 confirmer une pr\u00e9diction cl\u00e9 de la th\u00e9orie de la gravit\u00e9 d’Albert Einstein de 1915: la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale, rapporte la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.<\/p>\n L\u2019\u00e9quipe d\u2019Oxford a fait cette d\u00e9couverte en se concentrant sur les r\u00e9gions entourant les trous noirs de masse stellaire dans les syst\u00e8mes binaires avec des \u00e9toiles compagnes situ\u00e9es relativement pr\u00e8s de la Terre. Les chercheurs ont utilis\u00e9 des donn\u00e9es de rayons X collect\u00e9es \u00e0 partir de divers t\u00e9lescopes spatiaux, notamment le t\u00e9lescope spectroscopique nucl\u00e9aire (NuSTAR) de la NASA et le Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) de la Station spatiale internationale.<\/p>\n Ces donn\u00e9es leur ont permis de d\u00e9terminer le sort du gaz ionis\u00e9 chaud et du plasma arrach\u00e9s \u00e0 l’\u00e9toile compagne, qui a plong\u00e9 une derni\u00e8re fois \u00e0 l’extr\u00eame bord de son trou noir associ\u00e9. Les r\u00e9sultats ont montr\u00e9 que ces r\u00e9gions de plong\u00e9e autour du trou noir abritent certains des points d\u2019influence gravitationnelle les plus puissants jamais observ\u00e9s dans notre galaxie, la Voie lact\u00e9e.<\/p>\n \u00ab\u00a0Il s’agit du premier aper\u00e7u de la fa\u00e7on dont le plasma arrach\u00e9 du bord ext\u00e9rieur d’une \u00e9toile subit sa chute finale au centre d’un trou noir, un processus se produisant dans un syst\u00e8me situ\u00e9 \u00e0 environ 10 000 ann\u00e9es-lumi\u00e8re\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 le chef de l’\u00e9quipe et physicien de l’Universit\u00e9 d’Oxford. Andrew Mummery dans un communiqu\u00e9. \u00ab\u00a0La th\u00e9orie d’Einstein pr\u00e9disait que cet effondrement final aurait lieu, mais c’est la premi\u00e8re fois que nous parvenons \u00e0 d\u00e9montrer qu’il se produit.\u00a0\u00bb<\/p>\n \u00abImaginez une rivi\u00e8re qui se transforme en cascade: jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent, nous avons regard\u00e9 la rivi\u00e8re. C’est notre premier aper\u00e7u de la cascade.\u00a0\u00bb<\/p>\n La th\u00e9orie de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale d’Einstein sugg\u00e8re que les objets ayant une masse font plier le tissu m\u00eame de l’espace et du temps, combin\u00e9s en une seule entit\u00e9 \u00e0 quatre dimensions appel\u00e9e \u00abespace-temps\u00bb. La gravit\u00e9 r\u00e9sulte de la courbure qui en r\u00e9sulte.<\/p>\n Bien que la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale fonctionne en 4D, elle peut \u00eatre vaguement illustr\u00e9e par une analogie grossi\u00e8re en 2D. Imaginez placer des sph\u00e8res de masse croissante sur une feuille de caoutchouc \u00e9tir\u00e9e. Une balle de golf laissera une petite entaille presque imperceptible; une balle de cricket laissera une grosse br\u00e8che; et la boule de bowling est une \u00e9norme bosse. Ceci est analogue \u00e0 la fa\u00e7on dont les lunes, les plan\u00e8tes et les \u00e9toiles \u00abse pressent\u00bb dans l\u2019espace-temps 4D. \u00c0 mesure que la masse d\u2019un objet augmente, la courbure qu\u2019il provoque augmente \u00e9galement, et donc son influence gravitationnelle augmente. Le trou noir ressemblera \u00e0 un boulet de canon sur cette feuille de caoutchouc similaire.<\/p>\n Avec des masses \u00e9quivalentes \u00e0 des dizaines, voire des centaines de soleils compress\u00e9s en largeur pr\u00e8s de la Terre, la courbure de l\u2019espace-temps et l\u2019influence gravitationnelle des trous noirs de masse stellaire peuvent devenir assez extr\u00eames. Les trous noirs supermassifs, en revanche, sont une toute autre histoire. Ils sont extr\u00eamement massifs, avec des masses \u00e9quivalentes \u00e0 des millions, voire des milliards de soleils, \u00e9clipsant m\u00eame leurs homologues de masse stellaire.<\/p>\n Revenant \u00e0 la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale, Einstein a propos\u00e9 que cette courbure de l\u2019espace-temps conduise \u00e0 d\u2019autres physiques int\u00e9ressantes. Par exemple, dit-il, il doit y avoir un point juste au-del\u00e0 du bord d\u2019un trou noir o\u00f9 les particules ne peuvent pas suivre une orbite circulaire ou stable. Au lieu de cela, la mati\u00e8re qui p\u00e9n\u00e8tre dans cette r\u00e9gion se pr\u00e9cipitera vers le trou noir \u00e0 une vitesse proche de celle de la lumi\u00e8re.<\/p>\n Comprendre la physique de la mati\u00e8re dans cette hypoth\u00e9tique r\u00e9gion de trou noir en train de couler est un objectif des astrophysiciens depuis un certain temps. Pour r\u00e9soudre ce probl\u00e8me, l\u2019\u00e9quipe d\u2019Oxford a \u00e9tudi\u00e9 ce qui se passe lorsque des trous noirs existent dans un syst\u00e8me binaire avec une \u00e9toile \u00abordinaire\u00bb.<\/p>\n Si les deux \u00e9toiles sont suffisamment proches ou si l\u2019\u00e9toile est l\u00e9g\u00e8rement gonfl\u00e9e, l\u2019attraction gravitationnelle du trou noir peut extraire le mat\u00e9riau stellaire. \u00c9tant donn\u00e9 que ce plasma a un moment cin\u00e9tique, il ne peut pas tomber directement sur le trou noir. Il forme donc un nuage aplati et rotatif autour du trou noir appel\u00e9 disque d’accr\u00e9tion.<\/p>\n \u00c0 partir de ce disque d\u2019accr\u00e9tion, la mati\u00e8re s\u2019\u00e9coule progressivement vers le trou noir. Selon les mod\u00e8les d’alimentation des trous noirs, il devrait y avoir un point appel\u00e9 orbite circulaire stable interne (ISCO) – le dernier point o\u00f9 la mati\u00e8re peut continuer \u00e0 tourner de mani\u00e8re stable dans le disque d’accr\u00e9tion. Toute mati\u00e8re au-del\u00e0 de cela se trouve dans la \u00abr\u00e9gion de plong\u00e9e\u00bb et commence sa descente in\u00e9vitable dans la gueule du trou noir. Le d\u00e9bat sur la possibilit\u00e9 de d\u00e9couvrir cette r\u00e9gion en train de couler a \u00e9t\u00e9 r\u00e9gl\u00e9 lorsque l’\u00e9quipe d’Oxford a d\u00e9couvert les \u00e9missions des disques d’accr\u00e9tion ISCO autour d’un trou noir binaire de la Voie lact\u00e9e appel\u00e9 MAXI J1820+070.<\/p>\n Situ\u00e9 \u00e0 environ 10 000 ann\u00e9es-lumi\u00e8re de la Terre et ayant une masse d’environ huit soleils, le composant trou noir de MAXI J1820+070 aspire la mati\u00e8re de son compagnon stellaire tout en projetant simultan\u00e9ment deux jets \u00e0 environ 80 % de la vitesse de la lumi\u00e8re; il produit \u00e9galement des rayons X puissants.<\/p>\n L’\u00e9quipe a d\u00e9couvert que le spectre des rayons X de MAXI J1820+070 est dans \u00abl’\u00e9tat mou\u00bb de l’explosion, qui est une \u00e9mission du disque d’accr\u00e9tion entourant le trou noir de Kerr en rotation – l’ensemble du disque d’accr\u00e9tion, y compris la r\u00e9gion immerg\u00e9e.<\/p>\n Les chercheurs affirment que ce sc\u00e9nario repr\u00e9sente la premi\u00e8re d\u00e9tection fiable du rayonnement provenant d\u2019une r\u00e9gion de subduction situ\u00e9e sur le bord interne du disque d\u2019accr\u00e9tion d\u2019un trou noir; ils appellent ces signaux \u00ab\u00e9missions intra-ISCO\u00bb. Ces \u00e9missions intra-ISCO confirment l\u2019exactitude de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale dans la description des r\u00e9gions entourant imm\u00e9diatement les trous noirs.<\/p>\n Pour poursuivre ces recherches, une \u00e9quipe distincte du D\u00e9partement de physique d’Oxford collabore avec l’Initiative europ\u00e9enne du t\u00e9lescope millim\u00e9trique africain. Ce t\u00e9lescope devrait accro\u00eetre la capacit\u00e9 des scientifiques \u00e0 imager directement les trous noirs et leur permettre d’\u00e9tudier les r\u00e9gions de subduction de trous noirs plus \u00e9loign\u00e9s.<\/p>\n \u00ab\u00a0Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il y a beaucoup de trous noirs dans la galaxie, et nous disposons d\u00e9sormais d’une nouvelle m\u00e9thode puissante pour les utiliser afin d’\u00e9tudier les champs gravitationnels les plus puissants connus\u00a0\u00bb, a conclu Mummery.<\/p>\n Les physiciens consid\u00e8rent les trous noirs comme l\u2019un des objets les plus myst\u00e9rieux qui existent.<\/strong><\/span>\u00a0Ironiquement, ils sont \u00e9galement consid\u00e9r\u00e9s comme parmi les plus simples. Depuis des ann\u00e9es, les physiciens tentent de prouver que les trous noirs sont plus complexes qu\u2019il n\u2019y para\u00eet.<\/p>\n Les recherches men\u00e9es dans les ann\u00e9es 1970 montrent qu’il est possible de d\u00e9crire de mani\u00e8re exhaustive un trou noir en utilisant seulement trois attributs physiques: sa masse, sa charge et sa rotation. Toutes les autres propri\u00e9t\u00e9s de ces \u00e9toiles massives mourantes, telles que leur composition d\u00e9taill\u00e9e, leurs profils de densit\u00e9 et de temp\u00e9rature, disparaissent lorsqu\u2019elles se transforment en trou noir. C’est dire \u00e0 quel point ils sont simples.<\/p>\n L\u2019id\u00e9e selon laquelle les trous noirs n\u2019ont que trois attributs s\u2019appelle le th\u00e9or\u00e8me de l\u2019absence de poils, ce qui implique qu\u2019ils ne poss\u00e8dent aucune des caract\u00e9ristiques poilues qui les rendent complexes.<\/p>\n Pendant des d\u00e9cennies, les chercheurs de la communaut\u00e9 astrophysique ont utilis\u00e9 des failles ou des solutions de contournement dans les hypoth\u00e8ses du th\u00e9or\u00e8me sans poils pour proposer des sc\u00e9narios potentiels de trous noirs poilus. Un trou noir poilu poss\u00e8de une propri\u00e9t\u00e9 physique que les scientifiques peuvent mesurer \u2013 en principe \u2013 et qui va au-del\u00e0 de sa masse, de sa charge ou de sa rotation. Cette propri\u00e9t\u00e9 doit faire partie int\u00e9grante de sa structure.<\/p>\n Il y a environ dix ans, Stefanos Aretakis, physicien aujourd\u2019hui \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Toronto, a d\u00e9montr\u00e9 math\u00e9matiquement qu\u2019un trou noir contenant la charge maximale qu\u2019il peut contenir \u2013 appel\u00e9 trou noir extr\u00eamement charg\u00e9 \u2013 d\u00e9velopperait des \u00abpoils\u00bb \u00e0 son horizon. L\u2019horizon d\u2019un trou noir est une limite au-del\u00e0 de laquelle rien de ce qui le traverse, pas m\u00eame la lumi\u00e8re, ne peut franchir.<\/p>\n L\u2019analyse d\u2019Aretakis \u00e9tait plut\u00f4t une exp\u00e9rience de pens\u00e9e utilisant un sc\u00e9nario physique tr\u00e8s simplifi\u00e9, ce n\u2019est donc pas quelque chose que les scientifiques s\u2019attendraient \u00e0 observer de mani\u00e8re astrophysique. Mais les trous noirs suraliment\u00e9s ne sont peut-\u00eatre pas les seuls \u00e0 pouvoir avoir des cheveux.<\/p>\n Comme on sait que les objets astrophysiques tels que les \u00e9toiles et les plan\u00e8tes tournent, les scientifiques s\u2019attendent \u00e0 ce que les trous noirs tournent \u00e9galement en fonction de la mani\u00e8re dont ils se forment. Les donn\u00e9es astronomiques ont montr\u00e9 que les trous noirs ont effectivement une rotation, bien que les chercheurs ne connaissent pas la valeur de rotation typique d’un trou noir astrophysique.<\/p>\n Une onde gravitationnelle est une minuscule perturbation de l\u2019espace-temps, g\u00e9n\u00e9ralement caus\u00e9e par de violents \u00e9v\u00e9nements astrophysiques survenant dans l\u2019Univers. Les collisions d’objets astrophysiques compacts tels que les trous noirs et les \u00e9toiles \u00e0 neutrons \u00e9mettent de fortes ondes gravitationnelles. Un r\u00e9seau international d\u2019observatoires d\u2019ondes gravitationnelles, dont le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory aux \u00c9tats-Unis, d\u00e9tecte r\u00e9guli\u00e8rement ces ondes.<\/p>\n En janvier 2024, l\u2019Agence spatiale europ\u00e9enne a officiellement accept\u00e9 la mission LISA (Laser Interferometer Space Array), qui recherchera des ondes gravitationnelles. Le lancement est pr\u00e9vu pour 2035. LISA se compose de trois vaisseaux spatiaux configur\u00e9s dans un triangle \u00e9quilat\u00e9ral parfait qui suivra la Terre autour du Soleil. Les vaisseaux spatiaux seront distants de 2,5 millions de kilom\u00e8tres et \u00e9changeront des faisceaux laser pour mesurer la distance entre eux \u00e0 un milliardi\u00e8me de pouce pr\u00e8s.<\/p>\n LISA d\u00e9tectera les ondes gravitationnelles des trous noirs supermassifs qui sont des millions, voire des milliards de fois plus massifs que notre Soleil. Il cartographiera l\u2019espace-temps autour des trous noirs en rotation, aidant ainsi les physiciens \u00e0 comprendre le fonctionnement de la gravit\u00e9 \u00e0 proximit\u00e9 imm\u00e9diate des trous noirs avec une pr\u00e9cision sans pr\u00e9c\u00e9dent. Les physiciens esp\u00e8rent que LISA sera \u00e9galement capable de mesurer les attributs poilus que pourraient avoir les trous noirs.<\/p>\n Vous \u00eates-vous d\u00e9j\u00e0 demand\u00e9 ce qui se passe lorsque vous tombez dans un trou noir?<\/strong>\u00a0<\/span>D\u00e9sormais, gr\u00e2ce \u00e0 une nouvelle visualisation \u00e0 couper le souffle cr\u00e9\u00e9e sur le supercalculateur de la NASA, les spectateurs peuvent plonger dans l’horizon des \u00e9v\u00e9nements, le point de non-retour d’un trou noir.<\/p>\n \u00ab\u00a0Les gens posent beaucoup de questions \u00e0 ce sujet, et la mod\u00e9lisation de ces processus difficiles \u00e0 imaginer m’aide \u00e0 relier les math\u00e9matiques de la relativit\u00e9 aux cons\u00e9quences r\u00e9elles dans l’univers r\u00e9el\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Jeremy Schnittman, astrophysicien au Goddard Space Flight Center \u00e0 Greenbelt. Maryland, qui a cr\u00e9\u00e9 les visualisations. \u00ab\u00a0J’ai donc simul\u00e9 deux sc\u00e9narios diff\u00e9rents: un dans lequel la cam\u00e9ra, la rempla\u00e7ante de l’audacieux astronaute, rate tout simplement l’horizon des \u00e9v\u00e9nements et rebondit, et un autre dans lequel elle franchit la fronti\u00e8re, scellant ainsi son destin.\u00a0\u00bb<\/p>\n Les visualisations sont disponibles sous plusieurs formes. Les vid\u00e9os explicatives font office de guides touristiques, mettant en \u00e9vidence les effets \u00e9tranges de la th\u00e9orie de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale d’Einstein. Les versions pr\u00e9sent\u00e9es sous forme de vid\u00e9os \u00e0 360 degr\u00e9s permettent aux spectateurs de regarder autour de eux pendant qu’ils roulent, tandis que d’autres se pr\u00e9sentent sous la forme de cartes plates du ciel entier.<\/p>\n Pour cr\u00e9er les visualisations, Schnittman s’est associ\u00e9 \u00e0 son coll\u00e8gue scientifique de Goddard, Brian Powell, et a utilis\u00e9 le supercalculateur Discover du Climate Modeling Center de la NASA. Le projet a g\u00e9n\u00e9r\u00e9 environ 10 t\u00e9raoctets de donn\u00e9es, soit l’\u00e9quivalent d’environ la moiti\u00e9 du contenu textuel estim\u00e9 de la Biblioth\u00e8que du Congr\u00e8s, et a pris environ 5 jours pour fonctionner sur seulement 0,3 % des 129\u00a0000 processeurs de Discover. Le m\u00eame exploit prendrait plus d\u2019une d\u00e9cennie \u00e0 un ordinateur portable ordinaire.<\/p>\n La cible est un trou noir supermassif d\u2019une masse 4,3 millions de fois sup\u00e9rieure \u00e0 celle de notre Soleil, \u00e9quivalente au monstre situ\u00e9 au centre de notre galaxie, la Voie lact\u00e9e.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1607244.jpg\")
\nIllustration montrant un trou noir supermassif en rotation entour\u00e9 de d\u00e9bris d’une \u00e9toile morte et entra\u00eenant avec lui l’espace-temps (grille verte)<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1607245.jpg\")
\nUne illustration d\u2019un trou noir d\u00e9chirant une \u00e9toile en raison de la perturbation des mar\u00e9es. Une image d\u2019un trou noir en rotation entra\u00eenant avec lui l\u2019espace-temps. ESA\/C. Carreau\/Robert L\u00e9a<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1707245.jpg\")
\nL’amas globulaire Messier 92, situ\u00e9 \u00e0 27 000 ann\u00e9es-lumi\u00e8re dans la constellation d’Hercule. ESA\/NASA\/Hubble<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1707246.jpg\")
\nL’image, obtenue gr\u00e2ce \u00e0 une simulation sur superordinateur, montre la formation d’un amas de r\u00e9sine dans un nuage mol\u00e9culaire g\u00e9ant. Michiko Fuji et Takaaki Takeda, 2024<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1707244.jpg\")
\nRendu artistique de VFTS 243, comprenant une \u00e9toile massive et un trou noir. ESO\/L. Cal\u00e7ada<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1707242.jpg\")
\nUne \u00e9toile \u00abordinaire\u00bb est dans un syst\u00e8me binaire avec un trou noir dont la masse suit du premier au second. ICRAR<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1707243.jpg\")
\nL’illustration montre un trou noir provoquant une d\u00e9formation \u00abplongeante\u00bb dans l’espace-temps. Robert Lee<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa170724.jpg\")
\nLa sonde spatiale LISA observe les ondes gravitationnelles provenant d\u2019une source lointaine alors qu\u2019elles tournent autour du Soleil. Simon Bark\/Universit\u00e9 de Floride, CC BY<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/07\/dipa1707241.jpg\")
\nIllustration d\u2019un trou noir supermassif. NASA\/JPL<\/em><\/p>\n