On sait que les trous noirs géants au centre des galaxies comme notre Voie Lactée grignotent occasionnellement des étoiles proches.
Cela conduit à un processus dramatique et complexe, car l’étoile plongeant vers le trou noir supermassif est spaghettifié et déchiré en lambeaux. Les feux d’artifice qui en résultent sont connus sous le nom d’événement de perturbation des marées.
Dans un nouvelle étude publié aujourd’hui dans Lettres du journal astrophysiquenous avons produit les simulations les plus détaillées à ce jour sur la façon dont ce processus évolue sur une période d’un an.
Un trou noir déchirant un soleil
L’astronome américain Jack G. Hills et l’astronome britannique Martin Rees ont été les premiers à émettre des théories sur les événements de perturbation des marées dans les années 1970 et 1980. La théorie de Rees prédit que la moitié des débris de l’étoile resteraient liés au trou noir, entrant en collision avec lui-même pour former un tourbillon de matière chaude et lumineuse connu sous le nom de disque d’accrétionLe disque serait si chaud qu’il devrait émettre une quantité abondante de rayons X.
Mais à la surprise générale, la plupart des plus de 100 événements de perturbation par marées découverts à ce jour se sont révélés briller principalement dans les longueurs d’onde visibles, et non dans les rayons X. Les températures observées dans les débris ne sont que de 10 000 degrés Celsius. C’est comme la surface d’un étoile modérément chaudepas les millions de degrés attendus du gaz chaud autour d’un trou noir supermassif.
Encore plus étrange est la taille déduite de la matière brillante autour du trou noir : elle est plusieurs fois plus grande que notre système solaire et s’étend rapidement loin du trou noir à quelques pour cent de la vitesse de la lumière.
Étant donné qu’un trou noir d’une masse d’un million de masses solaires est à peine plus grand que notre Soleil, l’énorme taille de la boule de matière brillante déduite des observations a été une surprise totale.
Les astrophysiciens ont émis l’hypothèse que le trou noir devait être en quelque sorte étouffé par la matière lors de la perturbation pour expliquer l’absence d’émission de rayons X. Jusqu’à présent, personne n’avait été en mesure de démontrer comment cela se produisait réellement. C’est là que nos simulations entrent en jeu.
Un slurp et un rot
Les trous noirs sont des mangeurs désordonnés, un peu comme un enfant de cinq ans qui mange un bol de spaghettis. Une étoile est initialement un corps compact, mais elle se spaghettifie : elle est étirée en un long et fin filament par les marées extrêmes du trou noir.
Alors que la moitié de la matière de l’étoile désormais déchiquetée est aspirée vers le trou noir, seulement 1 % est réellement avalée. Le reste finit par être emporté par le vent. une sorte de « rot » cosmique.
Il est difficile de simuler des événements de perturbation par marée à l’aide d’un ordinateur. Les lois de la gravité de Newton ne fonctionnent pas à proximité d’un trou noir supermassif, il faut donc inclure tous les effets étranges et merveilleux de la théorie générale de la relativité d’Einstein.
Mais les doctorants sont faits pour travailler dur. Notre récent diplômé, David Liptai, a développé une nouvelle méthode de simulation à la manière d’Einstein qui a permis à l’équipe d’expérimenter en projetant des étoiles sans méfiance dans la direction générale du trou noir le plus proche. Vous pouvez même fais le toi même.
Spaghettification en action, un gros plan de la moitié de l’étoile qui revient au trou noir.
Les simulations qui en résultent, visibles dans les vidéos ici, sont les premières à montrer des événements de perturbation des marées, depuis le simple bruit de succion jusqu’au rot.
Ils suivent la spaghettification de l’étoile jusqu’au moment où les débris retombent sur le trou noir, puis un rapprochement qui transforme le courant en une sorte de tuyau d’arrosage frétillant. La simulation dure plus d’un an après la chute initiale.
Il a fallu plus d’un an pour fonctionner sur l’un des les supercalculateurs les plus puissants d’AustralieLa version réduite ressemble à ceci :
Vue agrandie, montrant les débris d’une étoile qui ne descendent généralement pas dans le trou noir mais sont plutôt emportés par un flux en expansion.
Qu’avons-nous découvert ?
À notre grande surprise, nous avons découvert que le 1% de matière qui tombe dans le trou noir génère tellement de chaleur qu’il alimente un flux extrêmement puissant et presque sphérique. (Un peu comme la fois où vous avez mangé trop de curry, et pour la même raison.)
Le trou noir je ne peux tout simplement pas avaler tout çadonc ce qu’il ne peut pas avaler étouffe le moteur central et est progressivement projeté au loin.
Lorsqu’elles sont observées comme elles le seraient avec nos télescopes, les simulations expliquent beaucoup de choses. Il s’avère que les chercheurs précédents avaient raison à propos de l’étouffement. Cela ressemble à ceci :
La même spaghettification que celle vue dans les autres films, mais telle qu’on la verrait avec un télescope optique [if we had a good-enough one]. Cela ressemble à une bulle bouillante. Nous l’avons appelée « l’enveloppe Eddington ».
Les nouvelles simulations révèlent pourquoi les événements de perturbation par marée ressemblent vraiment à une étoile de la taille du système solaire qui se dilate à quelques pour cent de la vitesse de la lumière, alimentée par un trou noir à l’intérieur. En fait, on pourrait même l’appeler un «Soleil trou noir » . «
Cet article est republié à partir de La Conversation sous licence Creative Commons. Lire la suite article original.