Deux nouveaux documents de recherche nous permettent de nous rapprocher de l'horizon des événements et des événements d'image dans la région des orbites stables les plus proches du trou noir. Les auteurs des deux études examinent les émissions périodiques qui se produisent lorsque la matière noire commence à absorber de la nouvelle matière.
Les trous noirs eux-mêmes absorbent toute la lumière en dehors de leur horizon d'événements, et l'espace en dehors de cet horizon d'événements émet généralement une telle lumière en grande quantité. Cela est dû au fait que la matière tombant dans un trou noir a une énorme charge d'énergie. Il perd du couple et s'écrase sur d'autres matières en orbite autour du trou noir. Ainsi, bien que nous ne puissions pas obtenir directement une image du trou noir, nous pouvons tirer quelques conclusions sur ses propriétés en profitant de la lumière de l'environnement qu'il crée.
Deux articles de recherche ont été publiés cette semaine qui nous permettent de nous rapprocher de l'espace proche de l'horizon des événements et de former des images d'événements dans la région où se trouvent les orbites stables les plus proches du trou noir. Les auteurs de l'un de ces articles sont arrivés à la conclusion suivante: un trou noir supermassif tourne si vite qu'un point sur sa surface se déplace à une vitesse égale à environ la moitié de la vitesse de la lumière.
Écho lumineux
Les auteurs des deux études examinent les émissions périodiques qui se produisent lorsque la matière noire commence à absorber de la nouvelle matière. Cette substance est canalisée dans le trou à travers une structure plate centrée dans un trou noir. Cette structure s'appelle un disque d'accrétion. Au fur et à mesure que de la nouvelle matière apparaît, le disque chauffe, rendant le trou noir plus lumineux. Pour cette raison, des changements se produisent dans l'espace environnant. Les auteurs des deux études cherchent une réponse à la question de savoir ce que ces changements peuvent nous dire sur le trou noir et l'espace à son voisinage.
Dans l'un de ces articles, l'attention des scientifiques se concentre sur un trou noir avec une masse stellaire, soit 10 fois la masse du Soleil. En réponse à la matière pénétrant à l'intérieur, l'une de ces étoiles a créé un événement transitoire appelé MAXI J1820 + 070. Il tire son nom de l'instrument MAXI de l'ISS, conçu pour effectuer des observations astronomiques dans le domaine des rayons X. Suite à la découverte de cet événement, il a été possible de mener de nouvelles observations à l'aide de l'équipement ISS appelé NICER, qui examine la composition interne des étoiles à neutrons. Cet équipement peut effectuer des mesures très rapides des rayons X émis par des sources astronomiques, ce qui vous permet de surveiller efficacement les changements à court terme d'un objet.
Dans ce cas, l'instrument NICER a été utilisé pour analyser «l'écho lumineux». Le fait est que, en plus du disque d'accrétion, les trous noirs ont une couronne, qui est une bulle de matière chargée d'énergie située au-dessus et au-dessous du plan du disque. Cette couronne elle-même émet des rayons X qui peuvent être détectés avec des instruments. Mais ces rayons X frappent également le disque d'accrétion, et certains d'entre eux sont réfléchis dans notre direction. Un tel écho léger peut nous donner quelques détails sur le disque d'accrétion.
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Résoudre le mystère
Dans ce cas, l'écho lumineux a aidé à résoudre l'énigme. Les images prises à partir de trous noirs superdenses au centre des galaxies indiquent que le disque d'accrétion s'est étendu le long de l'orbite stable la plus proche du trou noir. Cependant, les mesures des trous noirs de masse stellaire indiquent que les bords du disque d'accrétion sont beaucoup plus éloignés. Comme il est peu probable que les propriétés physiques changent avec la taille, ces mesures ont quelque peu intrigué les scientifiques.
Une nouvelle analyse montre qu'il existe à la fois des propriétés variables et constantes dans les rayons X MAXI J1820 + 070. Les propriétés constantes indiquent que le disque d'accrétion créant l'écho ne change pas du tout d'emplacement. Et les propriétés variables indiquent que lorsqu'un trou noir dévore de la matière, sa couronne devient plus compacte et, par conséquent, la source de rayons X est déplacée. Les détails du signal constant indiquent que le disque d'accrétion est beaucoup plus proche du trou noir. Grâce à cela, les nouvelles mesures sont en plein accord avec ce que nous savons des versions superdenses des trous noirs.
Mort d'une étoile
Dans le territoire superdense se trouve l'objet ASASSN-14li, découvert lors de l'exploration automatique des supernovae. Cet objet avait des propriétés que l'on trouve couramment dans un événement appelé perturbation des marées. Lors d'un tel événement, le trou noir, par la force de sa gravité, déchire une étoile trop proche de lui. Cependant, des observations ultérieures ont montré que ce signal avait une structure assez étrange. Toutes les 130 secondes, il a donné une rafale pendant une courte période.
Ce signal n'était pas très différent du fond dans lequel la destruction de l'étoile a eu lieu, mais il a été détecté par trois instruments différents, ce qui indique que quelque chose se passe périodiquement. L'explication la plus simple est qu'une partie de l'étoile est tombée en orbite autour du trou noir. La fréquence de ces orbites dépend de la masse et de la vitesse de rotation du trou noir, ainsi que de la distance entre le trou noir et l'objet en orbite autour de lui. Par ailleurs, la rotation d'un trou noir est difficile à mesurer, et les scientifiques reproduisent donc plusieurs fois des simulations, testant diverses configurations du système de trous noirs.
La masse d'un trou noir est déterminée en fonction de la taille de la galaxie dans laquelle il se trouve. Il existe une relation simple entre la vitesse de rotation et la distance orbitale: plus ce quelque chose est proche du trou noir, plus le trou noir tourne lentement de sorte que l'objet se déplace en orbite à la même vitesse. Ainsi, en calculant l'orbite la plus proche possible, les scientifiques ont pu déterminer la valeur minimale de la vitesse de rotation.
Les calculs effectués indiquent que le trou noir tourne au moins à une vitesse telle qu'un point sur sa surface se déplace à une vitesse deux fois inférieure à la vitesse de la lumière. (Pour avoir une meilleure idée, il faut dire que les trous noirs superdenses peuvent être si grands que leur rayon est le même que le rayon de l'orbite de Saturne ou de Neptune.) Si la matière orbite un peu plus loin du centre, le trou noir peut l'être aussi. accélère sa rotation.
Nous ne pouvons pas encore obtenir d'images de trous noirs directement, mais des études ont montré que de nombreux événements se produisent en eux, ce qui peut nous donner beaucoup de données sur leur comportement dans l'Univers. Et cela nous permet de tirer certaines conclusions sur les propriétés des trous noirs eux-mêmes, ainsi que sur la matière qui attend dans les coulisses pour y entrer. Nous commençons également à obtenir des informations à partir d'observations d'ondes gravitationnelles qui nous donnent une idée de la masse et de la rotation des trous noirs en collision. Prises ensemble, ces données suppriment un halo d'obscurité des trous noirs, et elles ne sont plus un territoire inexploré pour nous.
John Timmer
