Cette illustration particulière montre le flux lumineux associé au matériel d’une célébrité, déchiré en lambeaux alors qu’il était dévoré par un trou noir supermassif. Le trou noir nourrissant est généralement entouré d’une bande de poussière, un peu comme l’assiette du tout-petit est entourée de miettes après un repas. Crédit : NASA/JPL-Caltech
En examinant les observations d’une éruption aux rayons X et en s’appropriant les données avec des modèles théoriques, l’université associée à des astronomes de l’Arizona a enregistré une expérience fatale entre une étoile malheureuse et une bonne masse intermédiaire trou noir .
Bien que les trous noirs et les petits enfants ne semblent pas avoir grand-chose en commun, ils peuvent être remarquablement similaires sous un seul aspect : les deux sont généralement des mangeurs désordonnés, ce qui prouve amplement que le repas a eu lieu.
Mais alors que l’un peut laisser derrière lui des excréments de nudeln ou des éclaboussures de yaourt, l’autre génère des séquelles associées à des proportions époustouflantes. Chaque fois qu’un trou noir s’empare d’une superstar, il produit exactement ce que les astronomes appellent « l’occasion de perturbation des marées ». « La destruction permanente de la malheureuse célébrité s’accompagne d’une bonne explosion de rayons qui peuvent éclipser la lumière combinée particulière de chaque étoile dans l’univers hôte du trou noir pendant des mois, voire de nombreuses années.
Dans un document publié en Le Journal d’Astrophysique , l’équipe d’astronomes dirigée par Sixiang Wen, associé de recherche postdoctorale à l’observatoire de l’Université d’Az Steward, utilise les rayons X émis lors d’une perturbation de marée connue sous le nom de J2150 pour aider à faire les premières mesures associées à la fois au trou noir masse et rotation et réécriture. Ce puits noir est d’un genre particulier – un trou noir de masse intermédiaire – qui a longtemps été éloigné de l’observation.
“Le fait que nous ayons été capables d’attraper ce trou noir alors qu’il dévorait une superstar offre une chance remarquable d’observer ce qui serait sinon invisible”, a déclaré Ann Zabludoff, professeure de l’Arizona associée à l’astronomie et co-auteur de l’article. « Non seulement cela, simplement en analysant l’éclat, nous avons pu mieux comprendre ce groupe insaisissable de trous noirs, qui pourrait bien expliquer presque tous les trous noirs dans les centres des galaxies. ”
Simplement en ré-analysant les données de rayons X utilisées pour prendre connaissance de l’éruption J2150, et en les comparant avec des versions théoriques sophistiquées, les auteurs ont démontré que cette éruption provenait bien d’une bonne rencontre entre une bonne étoile malchanceuse et une sombre de masse intermédiaire. trou. Le trou noir avancé impliqué est d’une masse particulièrement inférieure – pour n’importe quel trou noir, qui est – pesant environ dix mille fois la masse particulière de la lumière du soleil.
“Les émissions de rayons X du disque interne formé par les débris de l’étoile sans vie nous ont permis de déduire la masse plus le spin de ce trou noir et de le trier comme un trou noir avancé”, a déclaré Wen.
Si une étoile s’aventure également près d’un trou noir, les énergies gravitationnelles créent des marées intenses qui brisent l’étoile en question en un flux de carburant, entraînant une sensation cataclysmique connue sous le nom d’événement d’interruption de marée. Des niveaux d’énergie énormes sont lancés, provoquant une perturbation de la marée pour surpasser sa galaxie dans certains cas. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA/Chris Smith (USRA/GESTAR)
Des dizaines d’événements de perturbation de marée ont été observés dans les installations de grandes galaxies hébergeant des trous noirs supermassifs, et quelques-uns ont également été observés dans les centres particuliers de petites galaxies qui pourraient inclure des ouvertures noires intermédiaires. Cependant, les informations passées n’ont jamais été suffisamment détaillées pour prouver que l’éruption d’interruption de marée individuelle a été provoquée par un trou noir avancé.
“Grâce aux observations astronomiques contemporaines, nous pouvons dire que les centres associés à presque toutes les galaxies qui sont de taille similaire ou plus grande que la voie Lactée hébergent des trous noirs supermassifs centraux », a déclaré le co-auteur de l’étude Nicholas Stone, maître de conférences à l’Université hébraïque de Jérusalem. « La taille de ces mastodontes varie de 1 million à 10 milliards de périodes de la masse de notre soleil, et ils s’avèrent être de puissantes sources de rayonnement électromagnétique lorsqu’un excès de gaz interstellaire tombe dans leur voisinage. ”
La majeure partie de ces ouvertures noires est étroitement liée à la masse totale des galaxies hôtes ; les plus grandes galaxies abritent les plus grandes ouvertures noires supermassives.
“Nous savons néanmoins très peu de choses sur l’existence de trous noirs dans les installations de galaxies de plus petite taille que la méthode lactée”, a déclaré le co-auteur Peter Jonker associé à l’Université Radboud et au SRON Netherlands Start for Space Study, tous deux aux Pays-Bas. «En raison des restrictions d’observation, il est difficile de trouver des ouvertures noires centrales beaucoup plus petites qu’un million de personnes solaires. ”
Indépendamment de leur suffisance présumée, les origines associées aux ouvertures noires supermassives restent inconnues, et de nombreuses théories différentes rivalisent actuellement pour toutes les expliquer, selon Jonker. Les trous noirs de masse intermédiaire pourraient être les graines à partir desquelles les trous noirs supermassifs se développent.
“Par conséquent, chaque fois que nous aurons une meilleure idée du nombre d’ouvertures noires intermédiaires authentiques, cela aidera à déterminer quelles idées de formation de trous noirs supermassifs sont généralement correctes”, a-t-il déclaré.
Beaucoup plus excitant, selon Zabludoff, est la mesure associée à la rotation de J2150 que le groupe a pu obtenir. La dimension de rotation contient des indices sur la croissance des ouvertures noires, et éventuellement sur la physique des particules.
Ce trou noir a une rotation et une réécriture rapides, mais pas la rotation la plus rapide possible, a expliqué Zabludoff, posant le problème de la façon dont le trou noir finit par utiliser une rotation dans cette variété.
“Il est possible que la fosse noire se soit formée de cette façon et n’ait pas beaucoup changé depuis, ou que deux trous noirs de masse intermédiaire aient fusionné dernièrement pour former celui-ci”, a-t-elle déclaré. «Nous savons que la rotation et la réécriture que nous avons mesurées excluent les scénarios dans lesquels le trou noir se développe plus que longtemps à cause de la consommation continue de gaz ou même de nombreuses collations rapides au gaz qui arriveront de directions aléatoires. ”
De plus, la mesure du spin et de la réécriture permet aux astrophysiciens de tester des hypothèses concernant la nature de la matière sombre, qui est considérée comme constituant l’essentiel du problème dans l’univers. La matière foncée peut contenir des contaminants élémentaires inconnus qui n’ont pas encore été observés dans les expériences de laboratoire. L’un des candidats sont des particules théoriques connues sous le nom de bosons ultralégers, a décrit Stone.
“Si toutes ces particules existent et ont également des masses dans une plage particulière, elles éviteront qu’un trou noir de masse intermédiaire ne crée une rotation rapide”, a-t-il déclaré. « Pourtant, la fosse noire du J2150 tourne rapidement. Ainsi, nos mesures de spin et de réécriture excluent une large classe associée aux idées de bosons ultralégers, montrant la valeur des trous noirs en tant que laboratoires extraterrestres pour la physique des particules. ”
À l’avenir, de nouvelles découvertes d’éruptions d’interruption de marée pourraient permettre aux astronomes de combler les lacunes particulières dans la soumission de la masse du trou noir, souhaitent les auteurs.
“S’il se trouve que la plupart des galaxies naines contiennent des trous noirs de masse intermédiaire, alors ils domineront certainement le taux associé à l’interruption des marées stellaires”, a déclaré Stone. “En adaptant les émissions de rayons X spécifiques à des modèles théoriques, nous pouvons effectuer un recensement de la population d’ouverture noire de masse intermédiaire dans le monde”, a ajouté Wen.
Pour ce faire, néanmoins, plus d’événements d’interruption de marée doivent être remarqués. C’est pourquoi les astronomes souhaitent vivement que de nouveaux télescopes arrivent bientôt en ligne, chacun sur Terre et dans la région, y compris le Vera Chemical. L’observatoire Rubin, également connu sous le nom d’étude héritée de l’espace et du temps, ou LSST, devrait découvrir des milliers d’événements d’interruption de marée par an.
Référence : « Contraintes de masse, de réécriture et de boson ultraléger du trou noir de masse intermédiaire dans l’occasion de perturbation de la marée 3XMM J215022. 4–055108″ par Sixiang Wen, Peter G. Jonker, Nicholas C. Rock et Ann We. Zabludoff, le 6 septembre 2021, Le journal astrophysique .
DOI : 10. 3847 / 1538-4357 / ac00b5
Cette recherche particulière a été soutenue par des subventions par le biais de Nasa ainsi que la base scientifique binationale américano-israélienne.
