L’univers est inondé d’ondes gravitationnelles. Les collisions d’objets massifs tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons en génèrent beaucoup. Désormais, les astronomes s’interrogent sur les environnements où se produisent ces événements catastrophiques. Il s’avère qu’ils pourraient avoir besoin d’examiner les quasars.
La première détection d’ondes gravitationnelles a eu lieu en 2015. Depuis lors, les astronomes en ont trouvé 90 autres, et d’autres seront certainement détectées. Déterminer leurs causes probables et leurs environnements est essentiel pour comprendre les événements qui les provoquent. Les quasars, avec toute leur activité, semblent être un bon endroit à regarder. Cela est particulièrement vrai pour les types d’interactions trou noir/trou noir qui peuvent stimuler les ondes gravitationnelles.
Un quasar est le cœur d’un noyau galactique actif. Le moteur qui alimente le quasar est un trou noir supermassif. Là où vous avez ces monstres de trous noirs, vous voyez également des disques de gaz denses. Ces disques tourbillonnent presque à la vitesse de la lumière et sont assez brillants dans différentes longueurs d’onde de lumière.
Il s’avère que si un trou noir de masse stellaire est entraîné dans un disque, il pourrait être forcé dans un système binaire avec un autre trou noir. Les interactions gravitationnelles entre eux perturbent également le gaz dans le disque environnant. Ce gaz peut offrir une sorte de rétroaction qui affecte les orbites des trous noirs. À terme, de tels retours pourraient accélérer leurs fusions. C’est l’idée derrière les simulations récentes décrites dans une présentation lors de la réunion de la Royal Astronomical Society. L’article a été présenté par Connar Rowan, titulaire d’un doctorat. étudiant à l’Université d’Oxford en Angleterre.
Simulation de fusions de trous noirs dans des disques Quasar
Rowan et une équipe d’astronomes ont créé leurs modèles informatiques pour explorer les actions au cœur d’un quasar. Ils voulaient explorer leur rôle possible dans les ondes gravitationnelles. “Ces simulations répondent à deux questions principales : le gaz peut-il catalyser la formation binaire des trous noirs et, dans l’affirmative, peuvent-ils finalement se rapprocher encore plus et fusionner ?” il a dit. “Pour que ce processus explique l’origine des signaux d’ondes gravitationnelles observés, les deux réponses doivent être oui.”
Pour arriver à ces réponses, l’équipe a simulé un disque de gaz avec 25 millions de particules et l’a façonné tel qu’il pourrait exister autour du trou noir supermassif central au cœur d’un quasar. Ils ont également inséré deux trous noirs de masse stellaire pour suivre leur comportement dans le disque. Ils voulaient voir si les deux objets seraient forcés dans un système binaire lié gravitationnellement. Et quels seraient les mécanismes de forçage ? Enfin, ils voulaient voir si les deux trous noirs finiraient par fusionner. Il a fallu environ 3 mois pour que chaque simulation produise une réponse.
Bence Kocsis, qui dirige le consortium GalNUC qui étudie ces cœurs actifs, a déclaré que la simulation est un outil précieux. “Ces résultats sont incroyablement excitants car ils valident que des fusions de trous noirs dans des disques de trous noirs supermassifs peuvent se produire”, a déclaré Kocsis. “Et ils expliquent peut-être beaucoup ou peut-être la plupart des signaux d’ondes gravitationnelles que nous observons aujourd’hui.”
Des résultats de simulation stimulants
Les résultats révèlent plusieurs possibilités intrigantes qui stimulent la discussion dans les cercles de recherche sur les ondes gravitationnelles. Premièrement, le gaz dans le disque réduit en fait la vitesse des trous noirs lors d’une rencontre. En fait, ils restent piégés en orbite les uns autour des autres, même s’ils orbitent ensemble autour du trou noir supermassif. Deuxièmement, la traînée de gaz directe (similaire à la résistance de l’air) joue également un rôle. Le gaz englouti par les trous noirs les oblige à décélérer. En réponse à l’absorption de l’énergie cinétique du trou noir par interaction gravitationnelle, le gaz est violemment éjecté immédiatement après la rencontre. Ce résultat se produit dans la majorité des simulations et confirme les attentes précédentes selon lesquelles le gaz facilite grandement la capture des trous noirs en paires liées.
La troisième découverte a également montré que la direction de l’orbite des trous noirs jouait également un rôle. Dans les systèmes binaires où les trous noirs orbitent à l’opposé de leur orbite autour du trou noir, les trous noirs se sont suffisamment rapprochés pour déclencher des ondes gravitationnelles. Cela les a suffisamment ralentis pour permettre une fusion finale et catastrophique.
Les simulations de fusion de trous noirs au voisinage d’un quasar fournissent une voie intrigante pour les astronomes à la recherche d’origines supplémentaires d’ondes gravitationnelles. “Si une fraction importante des événements observés, aujourd’hui ou dans le futur, est causée par ce phénomène, nous devrions être en mesure de voir une association directe entre les quasars et les sources d’ondes gravitationnelles dans le ciel”, a déclaré le professeur Zoltán Haiman de l’Université de Columbia. , membre de l’équipe.
Pour plus d’informations
Les disques Quasar pourraient héberger des événements de collision de trous noirs
GalNUC : Dynamique astrophysique et mécanique statistique des noyaux galactiques
