Astronomie

Les trous noirs sont-ils en orbite les uns autour des autres ?

Les trous noirs sont-ils en orbite les uns autour des autres ?


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De toute évidence, les corps avec une force de gravité faible orbitent autour d'un autre avec une force de gravité plus élevée, s'ils sont suffisamment proches les uns des autres.

Est-ce vrai aussi pour des objets comme les trous noirs ? Sont-ils même capables d'être déplacés par une autre force ?


Un trou noir (brièvement), n'est rien de plus qu'une étoile morte dont la masse était supérieure à 3 masses solaires. Lorsque la vie de cette étoile s'est terminée, elle s'est effondrée sous sa propre gravité et a traversé une supernova, perdant une partie de son gaz d'origine dans le processus, perdant ainsi une partie de sa masse, et donc son attraction gravitationnelle totale est diminuée par rapport à l'étoile d'origine (contrairement à à croire pour un trou noir ayant la "gravité ultime"). Donc tout d'abord, les trous noirs varient en taille et ne sont pas tous identiques (chose).

Si nous disons que l'étoile d'origine était en orbite autour d'une autre étoile (un système binaire), (en mettant les autres facteurs de côté), l'effet sur l'autre étoile des forces gravitationnelles du trou noir serait moins par rapport à son étoile d'origine.

Cependant, cette attraction gravitationnelle augmente considérablement à mesure que vous vous rapprochez du trou noir, car toute la matière restante est concentrée en un seul point (singularité). La gravité devient trop sévère, proche d'un trou noir dont même la lumière ne peut s'échapper, une zone appelée "l'horizon des événements" du trou noir. Mais c'est trop près du trou noir. Rien n'est spécial dans son effet gravitationnel sur les autres objets comme je l'ai souligné avec l'étoile en orbite.

Concernant votre affirmation : « Est-ce vrai aussi pour des objets comme les trous noirs ? Sont-ils même capables d'être déplacés par une autre force ? Je ne sais pas ce que vous entendez par être déplacé par une autre force, mais les trous noirs se déplacent comme tout autre objet dans l'espace, ils ne sont rien de plus que le reste de leur étoile d'origine, et ils ont hérité de son mouvement par rapport aux autres objets autour . Si disons que l'étoile d'origine tournait autour du centre de sa galaxie, elle continuera à le faire.

Votre affirmation : "des corps avec une force de gravité faible orbitent autour d'un autre avec une force de gravité plus élevée" n'est pas très précis, car (les corps avec une force de gravité plus élevée - l'objet le plus massif) et (les corps avec une force de gravité faible - une masse moindre) un autre.

Par exemple, comme la Lune est en orbite autour de la Terre, la Terre est également en orbite autour de la Lune, elles tournent toutes les deux autour d'un point entre les deux appelé le "Barycentre". Ce point est toujours plus proche de l'objet le plus massif.

Dans le cas du système Terre-Lune, c'est à l'intérieur du volume de la Terre. Par conséquent, il est courant de croire que seule la Lune est en orbite autour de la Terre, sans l'inverse également.

Sujets que vous devez consulter en plus du lien fourni dans la réponse précédente :

  • Mécanique Orbitale

  • La loi universelle de la gravitation de Newton

  • Trous noirs


Quand 2 trous noirs dansent, l'espace carquois

L'antenne spatiale de l'interféromètre laser, comme on le voit sur cette image d'une simulation d'artiste, visera à détecter les ondes gravitationnelles dans l'espace.

Albert Einstein ne les aimait pas.

Pour lui, les trous noirs étaient un peu embarrassants, car ils compromettaient son rêve d'une nature "rationnelle", c'est-à-dire des phénomènes naturels que nous pourrions décrire et quantifier avec les méthodes scientifiques habituelles. Selon ce point de vue, les bonnes théories scientifiques ne devraient pas générer de résultats absurdes (lire : « irrationnels »).

Le problème avec les trous noirs est qu'ils font exactement cela : ils représentent l'extrême d'avoir la gravité si fort que l'ensemble de l'espace se recroqueville sur lui-même, se fermant comme une coquille. Si vous êtes pris au piège, vous ne pouvez pas sortir. Pire, au centre même de l'un, un point appelé singularité, la gravité devient infiniment puissante. Les infinis ne sont pas une bonne chose en physique, car ils représentent généralement l'effondrement d'une théorie.

Einstein a dû penser que sa théorie de la relativité générale, l'une des plus grandes réalisations intellectuelles de l'histoire de la civilisation, était trop belle pour prédire des choses aussi folles.

Mais les trous noirs sont là pour rester, qu'Einstein les aime ou non. Et ce sont des objets vraiment remarquables, qui nous permettent d'étudier la nature à l'extrême. Comme 13.7 le blogueur Adam Frank a écrit ici la semaine dernière, nous sommes peut-être sur le point de pouvoir les voir réellement, ou du moins leur signature lumineuse déformée. Pourquoi la lumière déformée ? Il s'avère que lorsque la lumière d'une source lointaine traverse un trou noir, nous la voyons étirée et courbée comme si elle passait à travers une lentille. Cet effet, à juste titre, est appelé lentille gravitationnelle, et il est dû à l'espace courbé autour d'un trou noir : la lumière prend toujours le chemin le plus court du point A au point B, et si l'espace entre ces deux points est courbé, la lumière le suit comme un enfant descendant un toboggan. Ce que nous voyons est l'image floue du voyage, comme dans cette image du télescope spatial Hubble de l'amas de galaxies Abell 2218.

Nous savons depuis un certain temps maintenant que presque toutes les galaxies abritent un grand trou noir en leur centre. La nôtre, la Voie lactée, a en son cœur un géant de 4 millions de masse solaire. La géante aspire du gaz et tout ce qui s'en approche suffisamment, perturbant ainsi les orbites des étoiles qui l'entourent. (C'est ainsi que nous avons découvert son existence.) Il y a trois semaines, un groupe d'astronomes japonais travaillant avec le puissant télescope Alma dans le désert d'Atacama au Chili a annoncé la découverte d'un autre trou noir près du centre de notre galaxie, avec "seulement " 100 000 masses solaires. Le géant est à environ 200 années-lumière du centre. Notre emplacement à 25 000 années-lumière. (Heureusement, sinon nous ne serions pas là pour raconter l'histoire.) C'est la première détection d'un trou arrière "de taille moyenne".

Les estimations actuelles suggèrent qu'il y a environ 100 millions de trous noirs dans notre seule galaxie. Et peut-être que de nombreux couples, voire plus, aiment nicher ensemble au centre. Juste cette semaine, une paire de trous noirs monstres (appelés supermassifs) séparés par seulement environ une année-lumière avec une masse commune de 40 millions de soleils ont été découverts dans la belle et lointaine galaxie spirale NGC 7674. C'est la deuxième paire de monstres trouvés au centre d'une galaxie lointaine, un autre a été annoncé en 2006, avec l'étonnante masse combinée d'environ 15 milliards de soleils et distants de 24 années-lumière.

Tout comme deux enfants sautant l'un autour de l'autre sur un trampoline envoient des ondes ondulant vers l'extérieur sur le tissu, comme des trous noirs orbitent autour de l'autre (autour de leur centre de masse pour être précis), ils déforment également l'espace, envoyant des ondes qui se propagent vers l'extérieur à la vitesse de la lumière. Ces ondes enregistrent leur chorégraphie, que le détecteur d'ondes gravitationnelles LIGO a capturé pour des paires de trous noirs plus petits (de masse stellaire) dans notre galaxie. Des trous noirs géants en spirale dans des galaxies lointaines font vibrer et faire frémir encore plus les ondes spatiales Et si pour l'instant nous ne pouvons capter qu'une partie de cette danse indirectement, la situation changera lorsque le prochain grand observatoire d'ondes gravitationnelles sera opérationnel, l'antenne spatiale de l'interféromètre laser, sera lancé dans l'espace dans les années 2030. Une longue attente, je sais, mais le spectacle en vaudra la peine.

Je me demande ce qu'Einstein penserait de tout ça ?

De toute évidence, son intuition était fausse et les trous noirs font partie intégrante de la nature, produisant des effets spectaculaires et approfondissant notre compréhension de la gravité, de la formation et de la structure des galaxies. J'imagine qu'il le prendrait avec humilité, en acceptant que dans le jeu de la science, la nature ait toujours le dessus.

Après tout, comme il l'a écrit un jour : « Ce que je vois dans la Nature est une structure magnifique que nous ne pouvons comprendre que très imparfaitement et qui doit remplir une personne qui réfléchit d'un sentiment d'humilité.

Marcelo Gleiser est physicien théoricien et écrivain – et professeur de philosophie naturelle, de physique et d'astronomie au Dartmouth College. Il est le directeur du Institut pour l'engagement interdisciplinaire à Dartmouth, co-fondateur de 13.7 et promoteur actif de la science auprès du grand public. Son dernier livre est La beauté simple de l'inattendu : la quête d'un philosophe naturel pour la truite et le sens de tout. Vous pouvez suivre Marcelo sur Facebook et Twitter : @mgleiser


Mauvaise astronomie | Une vidéo de trous noirs en orbite montre la distorsion de la lumière

Assis au centre de toutes les grandes galaxies, ces monstres l'emportent sur notre Soleil par un facteur de millions, voire de milliards. Ils se nourrissent d'étoiles, de gaz, de poussière, de tout matériau imprudent qui s'approche de trop près.

Trouver un deuxième trou noir supermassif proche du premier est rare. Nous en avons vu quelques-uns (et ils auraient dû être plus fréquents lorsque l'Univers était jeune), mais ils ne sont pas faciles à repérer.

Pourtant, disons qu'ils l'étaient… et disons que nous pourrions monter à bord de l'Enterprise et prendre la décision tout à fait discutable de passer à un système binaire de trou noir supermassif. A quoi cela ressemblerait-il ?

Une animation de la NASA montre deux trous noirs supermassifs en orbite

Au cœur de chaque galaxie se trouve un trou noir, où la gravité est si forte que rien ne peut échapper à ses limites. Parfois, lorsque deux galaxies fusionnent, leurs trous noirs s'emboîtent étroitement, s'encerclant perpétuellement dans un tango interstellaire.

Dans la visualisation, les trous noirs sont marqués par différentes couleurs. L'orange est 200 millions de fois plus massive que le soleil. Son compagnon bleu pèse environ la moitié de ce poids. Les deux sont entourés d'anneaux lumineux de gaz chauds et de débris spatiaux, connus sous le nom de disque d'accrétion.

Les scientifiques découvrent une nouvelle super-Terre en orbite autour d'une naine rouge lointaine | L'indépendant

Les scientifiques ont découvert une nouvelle super-Terre en orbite autour d'une étoile à 36 années-lumière de notre planète natale.

Le monde nouvellement découvert a une masse trois fois supérieure à celle de la Terre, en orbite autour de l'étoile GJ 740 tous les 2,4 jours.

GJ 740 est beaucoup plus froid que le soleil et a une masse beaucoup plus petite. Les températures à sa surface atteignent entre 2400 et 3700 Kelvin, ce qui est plus de 2000 degrés de moins que le Soleil, et se situe entre 0,08 et 0,45 de sa taille.

Lancement d'une mission pour aider à combattre 9 200 tonnes de débris spatiaux en orbite autour de la Terre

Ils entraîneront également une augmentation du nombre d'objets sur des orbites clés, ce qui signifie une augmentation probable des débris en orbite. Cela menace les services mêmes que fournissent les systèmes spatiaux, selon Astroscale.

Astroscale est la première entreprise privée dont la vision est d'assurer le développement sûr et durable de l'espace au profit des générations futures.

L'Agence spatiale européenne estime que les 3 600 satellites en fonctionnement partagent leurs orbites avec 9 200 tonnes de débris spatiaux, soit environ 28 200 objets de débris suivis par le Space Surveillance Network.

La Chine en orbite autour de 400 satellites, se dirigeant vers 1 000 d'ici 2030, selon le chef du Commandement spatial américain

Regardez des trous noirs monstres danser dans cette animation fascinante de la NASA | Espace

Une nouvelle animation époustouflante de la NASA montre la danse envoûtante de deux trous noirs monstres en orbite l'un autour de l'autre.

Les trous noirs - qui contiennent chacun des millions de fois la masse du soleil - sont enveloppés d'un gaz brillant, chaud et tourbillonnant appelé disque d'accrétion. La nouvelle animation montre comment le duo de trous noirs déforme et redirige la lumière émanant des disques d'accrétion les uns des autres. Lorsqu'un trou noir passe devant l'autre, sa gravité déforme la lumière de son compagnon, créant une séquence d'arcs enchevêtrés de gaz incandescent comme si on le voyait dans un miroir funhouse.

Des astronomes perplexes face à une planète géante en orbite mystérieuse autour d'une étoile semblable au soleil | Actualités Mirage

Une équipe d'astronomes dirigée par des scientifiques néerlandais a directement imagé une planète géante en orbite à grande distance autour d'une étoile semblable au soleil. Pourquoi cette planète est si massive, et comment elle est arrivée là, reste un mystère. Les chercheurs publieront leurs découvertes dans la revue Astronomy & Astrophysics.

La planète en question est YSES 2b, située à 360 années-lumière de la Terre en direction de la constellation australe de Musca (latin pour The Fly). La planète gazeuse est six fois plus lourde que Jupiter, la plus grosse planète de notre système solaire. La planète nouvellement découverte orbite 110 fois plus loin de son étoile que la Terre ne le fait du Soleil (ou 20 fois la distance entre le Soleil et Jupiter). L'étoile qui l'accompagne n'a que 14 millions d'années et ressemble à notre Soleil dans son enfance.

Statut en orbite de la station spatiale de la NASA 19 avril 2021 – KERMIT Microscope Upgrade – SpaceRef

Le prochain équipage à s'élancer vers la Station spatiale internationale compte à rebours pour décoller ce jeudi du Centre spatial Kennedy en Floride.

Ils seront accueillis moins de 24 heures plus tard par les sept membres d'équipage de l'Expédition 65 résidant à bord du laboratoire en orbite.

Le SpaceX Crew Dragon Endeavour se trouve au sommet de la fusée Falcon 9 sur la rampe de lancement, prêt à transporter quatre astronautes de l'équipage commercial vers la station spatiale. Le quatuor SpaceX Crew-2 est composé du commandant Shane Kimbrough et de la pilote Megan McArthur, tous deux astronautes de la NASA, et des spécialistes de mission Akihiko Hoshide de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) et Thomas Pesquet de l'Agence spatiale européenne.

Webb de la NASA étudiera les jeunes exoplanètes à la limite de l'astrobiologie

À gauche : il s'agit d'une image de l'étoile HR 8799 prise par la caméra proche infrarouge et le spectromètre multi-objets (NICMOS) de Hubble en 1998. Un masque à l'intérieur de la caméra (coronagraphe) bloque la majeure partie de la lumière de l'étoile. Les astronomes ont également utilisé un logiciel pour soustraire numériquement plus de lumière stellaire. Néanmoins, la lumière diffusée par HR 8799 domine l'image, masquant quatre planètes faibles découvertes plus tard à partir d'observations au sol.

Mais même leurs esprits créatifs n'auraient pas pu concevoir la variété des mondes que les astronomes ont découverts. Beaucoup de ces mondes, appelés exoplanètes, sont très différents de la famille des planètes de notre système solaire. Ils vont des « Jupiters chauds » étreignant les étoiles aux planètes rocheuses surdimensionnées surnommées les « super Terres ». Notre univers est apparemment plus étrange que la fiction.

La NASA vient de partager de nouvelles images de ce à quoi ressemblera sa passerelle

Lorsque la NASA a envoyé des astronautes sur la Lune il y a des décennies, elle l'a fait en utilisant une approche assez simple. Après avoir été lancés dans l'espace par une fusée, les astronautes sont entrés en orbite autour de la Lune, puis ont utilisé un atterrisseur lunaire pour se rendre à la surface et revenir au module de commande en orbite. Cette conception a bien fonctionné et a aidé la NASA à devenir le premier (et, jusqu'à présent, le seul) pays à placer des humains à la surface de la Lune.

La passerelle lunaire est une station spatiale en orbite qui naviguera autour de la Lune et servira de point de départ pour les missions se dirigeant vers la surface ou la quittant. L'idée est qu'un vaisseau spatial avec équipage s'amarrera à la passerelle, puis se rendra à la surface dans un véhicule séparé. Une fois la mission terminée, les astronautes retourneront à la passerelle, sauteront dans leur vaisseau et retourneront sur Terre.


La lumière se tord autour de deux trous noirs dans une nouvelle vidéo fascinante de la Nasa

Une paire de trous noirs en orbite avec des masses des millions de fois plus que le Soleil a été montrée dansant l'un autour de l'autre par la Nasa.

La visualisation retrace comment les deux trous noirs déforment et redirigent la lumière de la tempête de gaz chauds - un disque d'accrétion - qui les entourent.

Chaque disque a généralement un « aspect à double bosse », comme le décrit la Nasa, mais lorsque l'un se déplace devant l'autre, ils deviennent une séquence d'arcs changeant rapidement, car la lumière doit gérer les énormes forces spatio-temporelles autour des trous noirs.

"Nous voyons deux trous noirs supermassifs, un plus grand avec 200 millions de masses solaires et un compagnon plus petit pesant deux fois moins", a déclaré Jeremy Schnittman, astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la Nasa à Greenbelt, Maryland, qui a créé la visualisation.

"Ce sont les types de systèmes binaires de trous noirs où nous pensons que les deux membres pourraient maintenir des disques d'accrétion durant des millions d'années."

Conseillé

Les couleurs bleu et rouge, choisies pour faciliter le suivi des sources lumineuses, reflètent également la réalité de cet énorme événement spatial - avec des gaz chauds dégageant une lumière plus bleue, et de la matière autour de petits trous noirs subissant des effets puissants produisant des températures chaudes.

Si cette visualisation était réalisée avec de vraies couleurs, elles seraient invisibles. La plupart des émissions sont de la lumière ultraviolette, le disque bleu atteignant une température légèrement plus élevée.

Un côté du disque sera plus brillant que l'autre, en raison de la distorsion gravitationnelle affectant les chemins de la lumière. Ce mouvement rapide modifie sa luminosité grâce à l'amplification Doppler - rendant le côté visible pour le spectateur plus lumineux et le côté tournant plus faible.

Un autre phénomène particulier visible dans la vidéo est "l'aberration relativiste", où les trous noirs apparaissent plus petits lorsqu'ils sont plus proches du spectateur et plus grands lorsqu'ils sont plus éloignés.

Bien que cela puisse être contre-intuitif, l'explication bizarre est que les deux trous noirs créent de petites images l'un de l'autre qui tournent autour de chaque orbite. La lumière des trous noirs est redirigée à 90 degrés, ce qui signifie que les téléspectateurs peuvent voir l'ensemble sous deux perspectives - face et bord - simultanément.

« Un aspect frappant de cette nouvelle visualisation est la nature auto-similaire des images produites par la lentille gravitationnelle », explique Schnittman. « Zoomer sur chaque trou noir révèle de multiples images de plus en plus déformées de son partenaire. »

Sur un ordinateur normal, les calculs nécessaires pour créer ces images prendraient environ une décennie, mais il n'a fallu que 2% des processeurs du supercalculateur Discover du Center for Climate Simulation de la NASA pour accomplir cette tâche. Même pour cette machine de grande puissance, cependant, c'était un jour avant qu'elle ne soit terminée.

Les astronomes espèrent qu'à l'avenir, ils seront capables de détecter les ondes gravitationnelles - des ondulations dans l'espace-temps - à partir de trous noirs comme ceux-ci lorsqu'ils spiralent et fusionnent.


Les trous noirs ont une apparence différente selon votre point de vue

Les trous noirs semblent plus petits à mesure qu'ils se rapprochent du spectateur et plus grands à mesure qu'ils se déplacent plus loin dans l'arrière-plan, selon Jeremy Schnittman, un astrophysicien de la NASA qui a créé la nouvelle animation.

À l'aide d'un groupe de superordinateurs, Schnittman a pu calculer, image par image, comment la lumière des deux disques d'accrétion se plierait lorsque les deux trous noirs dansaient l'un autour de l'autre. Normalement, ces calculs auraient pris une décennie sur un ordinateur de bureau moderne, mais Schnittman les a terminés en une journée environ.

Sa visualisation montre que les composants des trous noirs changent d'apparence en fonction de la façon dont vous les regardez.

Vu d'en haut ou d'en bas, chaque disque d'accrétion de trou noir ressemble à un cercle presque parfait, avec une minuscule image de son partenaire reflétée près du centre.

"Zoomer sur chaque trou noir révèle de multiples images de plus en plus déformées de son partenaire", a déclaré Schnittman dans un communiqué.

Goddard Space Flight Center de la NASA/Jeremy Schnittman et Brian P. Powell Une animation d'un trou noir vu d'en haut ou d'en bas.

D'un point de vue de côté, cependant, le disque d'accrétion ressemble à un arc-en-ciel de feu glissant autour du centre du trou noir. Cet arc-en-ciel se déforme lorsque les trous noirs se croisent.

De ce point de vue, le disque d'accrétion apparaît plus brillant d'un côté que de l'autre. Lorsqu'un trou noir tourne, le nuage de gaz et de débris en orbite autour de lui tourne également. Ainsi, le matériau du disque se déplaçant vers nos yeux semblerait plus brillant que le matériau s'éloignant - un peu comme le phare d'un phare.

Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Jeremy Schnittman Une animation d'un trou noir vu de côté.

Selon Schnittman, une paire de trous noirs comme ceux représentés dans la nouvelle animation finira par fusionner en un seul trou noir gargantuesque, mais pas avant de danser l'un autour de l'autre pendant longtemps.

"Ce sont les types de systèmes binaires de trous noirs où nous pensons que les deux membres pourraient maintenir des disques d'accrétion pendant des millions d'années", a-t-il déclaré.


Le problème final du parsec

Le dernier problème du parsec est au cœur de notre compréhension des fusions binaires de trous noirs. C'est un problème théorique qui dit que lorsque deux trous noirs se rapprochent, leur énergie orbitale excessive les empêche de fusionner. Ils peuvent arriver à quelques années-lumière, puis le processus de fusion s'arrête.

Lorsque deux trous noirs se rapprochent initialement l'un de l'autre, leurs trajectoires hyperboliques les entraînent l'un devant l'autre. Au fil du temps, alors que les deux trous interagissent avec les étoiles à proximité, ils lancent les étoiles de manière gravitationnelle, transférant une partie de leur énergie orbitale à une étoile à chaque fois qu'ils le font. L'émission d'ondes gravitationnelles diminue également l'énergie des trous noirs.

Finalement, les deux trous noirs ont libéré suffisamment d'énergie orbitale pour ralentir et s'approcher de plus près, et se rapprocher à quelques parsecs l'un de l'autre.

Le problème est que, à mesure qu'ils se rapprochent, de plus en plus de matière est éjectée de leur voisinage par le biais de la fronde. Cela signifie qu'il n'y a plus de matière pour que les trous noirs interagissent avec et libèrent plus d'énergie orbitale. À ce stade, le processus de fusion s'arrête. Ou il devrait.

Pourtant, les astrophysiciens savent que les trous noirs fusionnent parce qu'ils ont été témoins des puissantes ondes gravitationnelles. En fait, LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) découvre une fusion de trous noirs environ une fois par semaine. La façon dont ils fusionnent les uns avec les autres à la fin s'appelle le problème de parsec final.

L'équipe derrière cette étude pense qu'ils pourraient avoir une réponse. Ils pensent qu'un troisième trou noir, comme ils l'ont observé dans ce système, pourrait fournir l'impulsion nécessaire pour fusionner deux trous.

Lorsqu'une paire de trous noirs dans un système trinaire s'approche l'un de l'autre, le troisième trou pourrait les influencer pour fermer le parsec final et fusionner.

Selon des simulations informatiques, environ 16% des paires de trous noirs supermassifs dans les galaxies en collision auront interagi avec un troisième trou noir supermassif avant de fusionner.

Ces fusions produiraient des ondes gravitationnelles, mais le problème est que ces ondes seraient trop basses pour que LIGO ou l'observatoire VIRGO puissent les détecter.

(ESA/NASA/LISA)

Pour les détecter, les scientifiques devront peut-être s'appuyer sur de futurs observatoires comme LISA, l'antenne spatiale de l'interféromètre laser de l'ESA/NASA. LISA observera des ondes gravitationnelles à plus basse fréquence que LIGO ou VIRGO et est mieux équipée pour trouver la fusion de trous noirs super-massifs.

Cet article a été initialement publié par Universe Today. Lire l'article original.


Les bébés trous noirs pourraient être en orbite autour de trous noirs supermassifs

En juillet 2017, une équipe d'astronomes a repéré des signes de fusion de deux trous noirs, un type d'événement qui n'a été identifié qu'une dizaine de fois jusqu'à présent. L'un des trous noirs impliqués dans la fusion était apparemment plus grand que 50 masses solaires, ce qui laisse perplexe les astronomes – comment est-il devenu si énorme ?

Maintenant, selon Astronomie, un groupe de scientifiques suggère que les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont entourés de "bébés trous noirs" beaucoup plus petits qui se consomment mutuellement en orbite, se développant à chaque fois - un comportement "Pac-Man-like", selon co-auteur et professeur adjoint au Rochester Institute of Technology Richard O'Shaughnessy.


Deux trous dans l'ancienne galaxie

Bien que mesurer directement le mouvement orbital du trou noir puisse être une première, ce n'est pas le seul binaire de trou noir supermassif jamais trouvé. Pourtant, les chercheurs pensent que 0402+379 a probablement une histoire particulière.

"Nous avons soutenu qu'il s'agissait d'un groupe de fossiles", a déclaré Romani. "C'est comme si plusieurs galaxies s'étaient fusionnées pour devenir une galaxie elliptique géante entourée d'un énorme halo de rayons X."

Les chercheurs pensent que les grandes galaxies ont souvent de grands trous noirs en leur centre et, si de grandes galaxies se combinent, leurs trous noirs finissent par emboîter le pas. Il est possible que l'orbite apparente du trou noir en 0402+379 soit une étape intermédiaire dans ce processus.

"Pendant longtemps, nous avons cherché dans l'espace pour essayer de trouver une paire de ces trous noirs supermassifs en orbite à la suite de la fusion de deux galaxies", a déclaré Taylor. "Même si nous avons théorisé que cela devrait se produire, personne ne l'avait jamais vu jusqu'à présent."

Une combinaison des deux trous noirs en 0402+379 créerait un sursaut de rayonnement gravitationnel, comme les fameux sursauts récemment découverts par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, mais multiplié par un facteur d'un milliard. Ce serait le sursaut gravitationnel le plus puissant de l'univers, a déclaré Romani. Ce type de sursaut de rayonnement se trouve être ce sur quoi il a écrit son tout premier article lorsqu'il était étudiant de premier cycle.


Les trous noirs ont une apparence différente selon votre point de vue

Les trous noirs semblent plus petits à mesure qu'ils se rapprochent du spectateur et plus grands à mesure qu'ils se déplacent plus loin dans l'arrière-plan, selon Jeremy Schnittman, un astrophysicien de la NASA qui a créé la nouvelle animation.

À l'aide d'un groupe de superordinateurs, Schnittman a pu calculer, image par image, comment la lumière des deux disques d'accrétion se plierait lorsque les deux trous noirs dansaient l'un autour de l'autre. Normalement, ces calculs auraient pris une décennie sur un ordinateur de bureau moderne, mais Schnittman les a terminés en une journée environ.

Sa visualisation montre que les composants des trous noirs changent d'apparence en fonction de la façon dont vous les regardez.

Vu d'en haut ou d'en bas, le disque d'accrétion de chaque trou noir ressemble à un cercle presque parfait, avec une minuscule image de son partenaire reflétée près du centre.

"Un zoom sur chaque trou noir révèle de multiples images de plus en plus déformées de son partenaire", a déclaré Schnittman dans un communiqué.

D'un côté, cependant, le disque d'accrétion ressemble à un arc-en-ciel de feu glissant autour du centre du trou noir. Cet arc-en-ciel se déforme lorsque les trous noirs se croisent.

De ce point de vue, le disque d'accrétion apparaît plus brillant d'un côté que de l'autre. Lorsqu'un trou noir tourne, le nuage de gaz et de débris en orbite autour de lui tourne également. Ainsi, le matériau du disque se déplaçant vers nos yeux semblerait plus brillant que le matériau s'éloignant - un peu comme le phare d'un phare.

Selon Schnittman, une paire de trous noirs comme ceux représentés dans la nouvelle animation finira par fusionner en un trou noir gargantuesque – mais pas avant de danser l'un autour de l'autre pendant longtemps.

"Ce sont les types de systèmes binaires de trous noirs où nous pensons que les deux membres pourraient maintenir des disques d'accrétion durant des millions d'années", a-t-il déclaré.


Regardez deux trous noirs déformer le tissu de l'espace et du temps dans cette vidéo surréaliste de la Nasa

Lorsque deux trous noirs supermassifs sont en orbite l'un autour de l'autre, ils se plient et déforment la lumière de manière fascinante.

Maintenant, vous pouvez regarder cette étrange danse astronomique dans le confort de votre foyer.

Des scientifiques de la Nasa ont réalisé une vidéo montrant les effets étranges de chaque trou noir en orbite sur la lumière émise par le disque d'accrétion de l'autre.

Les disques d'accrétion sont des anneaux spectaculaires de gaz chaud qui tournent rapidement autour des trous noirs.

Vus de près du plan orbital - la zone plate et ronde de l'espace reliant les centres des trous noirs - les disques d'accrétion ont une apparence à double bosse.

Lorsqu'ils se croisent, la gravité du trou noir au premier plan déforme l'autre en une série d'arcs à évolution rapide. La lumière des deux disques se déforme alors qu'elle navigue dans le tissu enchevêtré de l'espace et du temps près des trous noirs.

L'astrophysicien de la Nasa Jeremy Schnittman a créé la visualisation surréaliste au Goddard Space Flight Center de l'agence à Greenbelt Maryland.

Expliquant la vidéo, il a déclaré: «Nous voyons deux trous noirs supermassifs, un plus grand avec 200 millions de masses solaires et un compagnon plus petit pesant la moitié,

"Ce sont les types de systèmes binaires de trous noirs où nous pensons que les deux membres pourraient maintenir des disques d'accrétion durant des millions d'années."

Pour voir cette vidéo, veuillez activer JavaScript et envisagez de passer à un navigateur Web prenant en charge la vidéo HTML5.

Schnittman a donné aux disques différentes couleurs pour les rendre plus faciles à suivre. Mais ses choix de couleurs reflètent également les différentes températures du gaz qui tourne autour de chaque objet géant.

La matière tournant autour de trous noirs plus petits est soumise à des effets gravitationnels plus forts qui produisent des températures plus élevées. Un gaz plus chaud émet une lumière plus proche de l'extrémité bleue du spectre.

À ces masses, la plupart de la lumière émise par les deux disques d'accrétion serait en fait ultraviolette, le plus petit disque bleu atteignant une température légèrement plus élevée.

La vidéo de la Nasa montre également un phénomène étrange connu sous le nom d'« aberration relativiste ». Cela rend les trous noirs plus petits à mesure qu'ils s'approchent du spectateur et plus grands à mesure qu'ils s'éloignent.

Cet effet disparaît lorsque vous regardez le système de trou noir d'en haut. Au lieu de cela, chaque trou noir produit une petite image de son partenaire orbital.

Lorsque vous effectuez un zoom avant sur ces images plus petites, vous pouvez voir qu'il s'agit de vues latérales. Ceux-ci ne peuvent être produits que lorsque la lumière des trous noirs est redirigée de 90 degrés.

Cela signifie que vous pouvez voir les trous noirs sous deux perspectives différentes - de côté et de face - en même temps, comme illustré par l'image ci-dessus.

Schnittman a déclaré: «Un aspect frappant de cette nouvelle visualisation est la nature auto-similaire des images produites par la lentille gravitationnelle,

« Zoomer sur chaque trou noir révèle de multiples images de plus en plus déformées de son partenaire. »

Schnittman a utilisé un superordinateur pour déterminer le chemin emprunté par les rayons lumineux provenant des disques d'accrétion des trous noirs.

Cet exploit, qui a pris environ une journée, aurait pris environ une décennie à un ordinateur de bureau normal.

Les scientifiques espèrent qu'ils seront bientôt en mesure de détecter les ondes gravitationnelles réelles produites lorsque de vrais trous noirs se mettent en spirale et fusionnent.


Les trous noirs semblent être en orbite

À environ 750 millions d'années-lumière de la Terre se trouve une gigantesque galaxie bombée avec deux trous noirs supermassifs en son centre. Ce sont parmi les plus grands trous noirs jamais trouvés, avec une masse combinée 15 milliards de fois celle du soleil. Une nouvelle recherche de l'Université de Stanford, publiée aujourd'hui (27 juin) dans Astrophysical Journal, a utilisé l'observation à long terme pour montrer que l'un des trous noirs semble être en orbite autour de l'autre.

S'il est confirmé, il s'agit du premier duo de trous noirs jamais montré se déplaçant l'un par rapport à l'autre. C'est aussi, potentiellement, le plus petit mouvement jamais enregistré d'un objet dans le ciel, également connu sous le nom de mouvement angulaire.

« Si vous imaginez un escargot sur la planète semblable à la Terre récemment découverte en orbite autour de Proxima Centauri – à un peu plus de quatre années-lumière – se déplaçant à un centimètre par seconde, c'est le mouvement angulaire que nous résolvons ici », a déclaré Roger W. Romani, professeur de physique à Stanford et co-auteur de l'article. L'équipe comprenait également des chercheurs de l'Université du Nouveau-Mexique, du National Radio Observatory et de l'United States Naval Observatory.

Les réalisations techniques de cette mesure sont à elles seules un motif de célébration. Mais les chercheurs espèrent également que cette découverte impressionnante donnera un aperçu de la façon dont les trous noirs fusionnent, comment ces fusions affectent l'évolution des galaxies qui les entourent et des moyens de trouver d'autres systèmes binaires de trous noirs.

Mouvement minuscule

Over the past 12 years, scientists, led by Greg Taylor, a professor of physics and astronomy at the University of New Mexico, have taken snapshots of the galaxy containing these black holes – called radio galaxy 0402+379 – with a system of ten radio telescopes that stretch from the U.S. Virgin Islands to Hawaii and New Mexico to Alaska. The galaxy was officially discovered back in 1995. In 2006, scientists confirmed it as a supermassive black-hole binary system with an unusual configuration.

“The black holes are at a separation of about seven parsecs, which is the closest together that two supermassive black holes have ever been seen before,” said Karishma Bansal, a graduate student in Taylor’s lab and lead author of the paper.

With this most recent paper, the team reports that one of the black holes moved at a rate of just over one micro-arcsecond per year, an angle about 1 billion times smaller than the smallest thing visible with the naked eye. Based on this movement, the researchers hypothesize that one black hole may be orbiting around the other over a period of 30,000 years.

Two holes in ancient galaxy

Although directly measuring the black hole’s orbital motion may be a first, this is not the only supermassive black-hole binary ever found. Still, the researchers believe that 0402+379 likely has a special history.

“We’ve argued it’s a fossil cluster,” Romani said. “It’s as though several galaxies coalesced to become one giant elliptical galaxy with an enormous halo of X-rays around it.”

Researchers believe that large galaxies often have large black holes at their centers and, if large galaxies combine, their black holes eventually follow suit. It’s possible that the apparent orbit of the black hole in 0402+379 is an intermediary stage in this process.

“For a long time, we’ve been looking into space to try and find a pair of these supermassive black holes orbiting as a result of two galaxies merging,” Taylor said. “Even though we’ve theorized that this should be happening, nobody had ever seen it, until now.”

A combination of the two black holes in 0402+379 would create a burst of gravitational radiation, like the famous bursts recently discovered by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, but scaled up by a factor of a billion. It would be the most powerful gravitational burst in the universe, Romani said. This kind of radiation burst happens to be what he wrote his first-ever paper on when he was an undergraduate.

Very slow dance

This theorized convergence between the black holes of 0402+379, however, may never occur. Given how slowly the pair is orbiting, the scientists think the black holes are too far apart to come together within the estimated remaining age of the universe, unless there is an added source of friction. By studying what makes this stalled pair unique, the scientists said they may be able to better understand the conditions under which black holes normally merge.

Romani hopes this work could be just the beginning of heightening interest in unusual black-hole systems.

“My personal hope is that this discovery inspires people to go out and find other systems that are even closer together and, hence, maybe do their motion on a more human timescale,” Romani said. “I would sure be happy if we could find a system that completed orbit within a few decades so you could really see the details of the black holes’ trajectories.”

Additional co-authors on this paper are A.B. Peck, Gemini Observatory (formerly of the National Radio Astronomy Observatory) and R.T. Zavala, U.S. Naval Observatory. Romani is also a member of the Kavli Insititute for Particle Astrophysics and Cosmology.

This work was funded by NASA and the National Radio Astronomical Observatory.

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