Des disques de gaz mal alignés pourraient provoquer une «suralimentation» de Black Holes

Des scientifiques britanniques ont fait la première observation selon laquelle le gaz tombait dans un trou noir à 30% de la vitesse de la lumière, ce qui conforte l'hypothèse selon laquelle des disques de gaz mal alignés autour des trous noirs peuvent entraîner la chute de matériaux directement dans l'événement spatio-temporel. Ce faisant, libère d’énormes quantités d’énergie.

Vue d’artiste d’un trou noir entouré d’un disque d’accrétion aligné traditionnellement

L’équipe, dirigée par le professeur Ken Pounds de l’Université de Leicester, a utilisé les données fournies par l’observatoire à rayons X XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne pour observer le trou noir situé au centre de la galaxie PG211 + 143. Les résultats figurent dans le dernier numéro de la revue scientifique Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

«La galaxie que nous observions avec XMM-Newton possède un trou noir d'une masse solaire de 40 millions de spectres. Elle est très brillante et visiblement bien nourrie», a déclaré le professeur Pounds. «En effet, il y a environ 15 ans, nous avons détecté un vent puissant indiquant que le trou était suralimenté . Alors que de tels vents sont maintenant présents dans de nombreuses galaxies actives, le PG1211 + 143 a maintenant donné une autre "première", avec la détection de la matière plongeant directement dans le trou lui-même. "

«Nous avons pu suivre une masse de matière de la taille de la Terre pendant environ une journée, car elle a été tirée vers le trou noir, accélérant d’un tiers de la vitesse de la lumière avant d’être engloutie par le trou.» Pound poursuivit.

Vue d’artiste du télescope XMM Newton à rayons X (ESA)

Les résultats sont particulièrement intéressants, car l'ingestion de matière par les trous noirs via l'accrétion est la méthode la plus efficace pour extraire de l'énergie de la matière. Par exemple, comparer l'accrétion sur un trou noir à la forme la plus courante de réaction de fusion nucléaire dans l'univers, la combustion de l'hydrogène. Nous constatons que la combustion de l'hydrogène libère environ 0,7% de l'énergie emprisonnée dans la matière en cause. Ceci est comparé à une efficacité d'accumulation d'environ 50% pour certains trous noirs non rotatifs (Kerr). Cette énergie est libérée sous forme de chaleur et de lumière.

On croit généralement que le centre de toutes les galaxies, y compris la nôtre, contient un trou noir supermassif en son centre. L’efficacité énergétique du processus d’accrétion signifie que ces objets, appelés noyaux galactiques actifs (AGN) ou quasars, sont les objets les plus lumineux de l’univers si suffisamment de matière les entoure pour être consommés.

Un disque mal aligné autour d'un trou noir supermassif (Pounds, Nixon, et al)

En raison de la compacité des trous noirs et de la loi de conservation du moment angulaire, ce gaz se déplace généralement trop vite pour tomber directement dans le trou noir, formant plutôt un disque d'accrétion autour de l'objet. Ce sont les forces de friction massives dans le gaz, un produit de l’effet gravitationnel massif du trou noir, qui créent un environnement suffisamment violent pour parvenir à une libération d’énergie aussi efficace.

Ces résultats montrent qu'il y a des cas dans lesquels du gaz et d'autres matières peuvent tomber directement dans un trou noir.

On a généralement supposé que ces disques d'accrétion étaient alignés sur le plan de rotation du trou noir. Cette nouvelle découverte met en lumière l’effet d’un disque d’accrétion mal aligné, en particulier sur la vitesse à laquelle la matière tombe à la surface du trou noir.

Le professeur Pound et son équipe ont examiné les spectres de rayons X de la galaxie PG211 + 143, une galaxie de Seyfert située à un milliard d'années-lumière de la constellation Coma Berenices prise depuis l'observatoire XMM-Newton.

Les chercheurs ont découvert que le spectre était fortement décalé vers le rouge, indiquant qu'il tombait dans le trou noir à environ 30% de la vitesse de la lumière, soit environ 100 000 kilomètres par seconde. Il a été constaté que le gaz alimentait presque directement le trou noir, probablement en raison de sa proximité avec son horizon d'événements - le point où rien, y compris la lumière, ne peut s'échapper du trou noir.

Cette observation donne du crédit aux développements théoriques qui proviennent également de l’Université de Leicester, obtenus grâce à l’utilisation du système de superordinateurs Dirac pour simuler la «déchirure» de systèmes d’accrochage mal alignés. Cette recherche a montré que des anneaux de gaz peuvent se rompre et se heurter les uns aux autres, provoquant des chocs, annulant ainsi leur rotation, ce qui leur permet de tomber directement dans le trou noir.

La recherche implique également que "l’accrétion chaotique" de disques mal alignés pourrait bien être commune aux trous noirs supermassifs. Cela peut expliquer pourquoi les trous noirs formés au début de l'Univers ont atteint des tailles si extraordinairement grandes. Les trous noirs acceptant directement la matière de cette manière tourneraient plus lentement et pourraient accepter plus de gaz et augmenter leurs masses plus rapidement que prévu.

Recherche originale disponible ici.

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Publié à l'origine sur sciscomedia.co.uk le 23 septembre 2018.