Simulation d’un gaz incandescent autour d’un trou noir’ Crédit : Chris White, Université de Princeton
Les apparences peuvent être trompeuses. La lumière d’une ampoule à incandescence semble constante, mais elle vacille en réalité 120 fois par seconde. Comme le cerveau ne perçoit qu’une moyenne des informations qu’il reçoit, ce scintillement est estompé et la perception d’un éclairage constant est une simple illusion.
Alors que la lumière ne peut pas s’échapper d’un trou noir, la lueur vive du gaz en orbite rapide (rappelez-vous les images de 2019 du trou noir de M87) a son propre scintillement unique. Dans un article récent publié dans le Astrophysical Journal Letters le 17 juin, Lena Murchikova, William D. Loughlin de l’Institute for Advanced Study, Chris White de l’Université de Princeton et Sean Ressler de l’Université de Californie Santa Barbara ont pu utiliser ce scintillement subtil pour construire le modèle le plus précis à ce jour de la galaxie centrale de notre propre galaxie black hole—Sagittarius A* (Sgr A*)—providing insight into properties such as its structure and motion.
For the first time, researchers have shown in a single model the full story of how gas travels in the center of the Milky Way—from being blown off by stars to falling into the black hole. By reading between the proverbial lines (or flickering light), the team concluded that the most likely picture of black hole feeding in the galactic center involves directly infalling gas from large distances, rather than a slow siphoning off of orbiting material over a long period of time.
“Les trous noirs sont les gardiens de leurs propres secrets”, a déclaré Murchikova. “Afin de mieux comprendre ces objets mystérieux, nous dépendons de l’observation directe et de la modélisation à haute résolution.”
Bien que l’existence des trous noirs ait été prédite il y a environ 100 ans par Karl Schwarzschild, sur la base de la nouvelle théorie de la gravité d’Albert Einstein, les chercheurs ne commencent que maintenant à les sonder par des observations.
En octobre 2021, Murchikova a publié un article dans Astrophysical Journal Lettersen introduisant une méthode pour étudier le scintillement des trous noirs à l’échelle de quelques secondes, au lieu de quelques minutes. Cette avancée a permis une quantification plus précise des propriétés de Sgr A* sur la base de son scintillement.
White a travaillé sur les détails de ce qui arrive au gaz près des trous noirs (où les effets forts de la relativité générale sont importants) et comment cela affecte la lumière qui nous parvient. Un site Astrophysical Journal publication plus tôt cette année résume certaines de ses découvertes.
Ressler a passé des années à essayer de construire les simulations les plus réalistes à ce jour du gaz autour de Sgr A*. Pour ce faire, il a incorporé des observations d’étoiles proches directement dans les simulations et suivi méticuleusement la matière qu’elles rejettent lorsqu’elle tombe dans le trou noir. Son travail récent a abouti à une Lettre de l’Astrophysical Journal article en 2020.
Murchikova, White, et Ressler se sont ensuite associés pour comparer le modèle de scintillement observé de Sgr A* avec ceux prédits par leurs modèles numériques respectifs.
“Le résultat s’est avéré très intéressant”, a expliqué Murchikova. “Pendant longtemps, nous avons pensé que nous pouvions largement ignorer d’où provenait le gaz autour du trou noir. Les modèles typiques imaginent un anneau artificiel de gaz, en forme de beignet, à une grande distance du trou noir. Nous avons constaté que de tels modèles produisent des modèles de scintillement incompatibles avec les observations.”
Le modèle de vent stellaire de Ressler adopte une approche plus réaliste, dans laquelle le gaz consommé par les trous noirs est à l’origine rejeté par les étoiles proches du centre galactique. Lorsque ce gaz tombe dans le trou noir, il reproduit le modèle correct de scintillement. “Le modèle n’a pas été construit dans l’intention d’expliquer ce phénomène particulier. Le succès n’était en aucun cas garanti”, a commenté M. Ressler. “Il était donc très encourageant de voir le modèle réussir de manière aussi spectaculaire après des années de travail.”
“Lorsque nous étudions le scintillement, nous pouvons voir les changements dans la quantité de lumière émise par le trou noir seconde par seconde, en effectuant des milliers de mesures au cours d’une seule nuit”, a expliqué White. “Cependant, cela ne nous dit pas comment le gaz est disposé dans l’espace comme le ferait une image à grande échelle. En combinant ces deux types d’observations, il est possible d’atténuer les limites de chacune d’entre elles, et d’obtenir ainsi les images les plus authentiques de l’univers.image.”
Référence : “Correspondance remarquable de la variabilité submillimétrique de Sagittarius A* avec un modèle de flux d’accrétion alimenté par le vent stellaire” par Lena Murchikova, Christopher J. White et Sean M. Ressler, 17 juin 2022, Astrophysical Journal Letters.
DOI : 10.3847/2041-8213/ac75c3
