S’ils existent, les trous noirs de masse intermédiaire dévorent probablement les étoiles capricieuses comme un bambin en désordre – prenant quelques bouchées puis jetant les restes à travers la galaxie – a révélé une nouvelle étude dirigée par la Northwestern University.
Dans de nouvelles simulations informatiques 3D, les astrophysiciens ont modélisé des trous noirs de masses variables, puis ont projeté des étoiles (de la taille de notre soleil) devant eux pour voir ce qui pourrait arriver.
Lorsqu’une étoile s’approche d’un trou noir de masse intermédiaire, elle est initialement prise dans l’orbite du trou noir, ont découvert les chercheurs. Après cela, le trou noir entame son long et violent repas. Chaque fois que l’étoile fait un tour, le trou noir prend une bouchée, cannibalisant davantage l’étoile à chaque passage. Finalement, il ne reste plus que le noyau difforme et incroyablement dense de l’étoile.
À ce moment-là, le trou noir éjecte les restes. Le reste de l’étoile vole en toute sécurité à travers la galaxie.
Non seulement ces nouvelles simulations font allusion aux comportements inconnus des trous noirs de masse intermédiaire, mais elles fournissent également aux astronomes de nouveaux indices pour aider enfin à identifier ces géants cachés dans notre ciel nocturne.
« Nous ne pouvons évidemment pas observer directement les trous noirs car ils n’émettent pas de lumière », a déclaré Fulya Kıroğlu de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Ainsi, à la place, nous devons examiner les interactions entre les trous noirs et leurs environnements. Nous avons constaté que les étoiles subissent plusieurs passages avant d’être éjectées. Après chaque passage, elles perdent plus de masse, provoquant un éclat de lumière lorsqu’elles se déchirent. La lumière parasite est plus brillante que la précédente, créant une signature qui pourrait aider les astronomes à les trouver. »
Regardez un trou noir de masse intermédiaire prendre une bouchée d’une étoile capricieuse, puis jeter les restes à travers la galaxie. Crédit : Fulya Kiroğlu/Northwestern University
Kıroğlu présentera cette recherche lors de la partie virtuelle de la réunion d’avril de l’American Physical Society (APS). Le Journal Astrophysique a accepté l’étude pour publication.
Alors que les astrophysiciens ont prouvé l’existence de trous de bloc de masse inférieure et supérieure, les trous noirs de masse intermédiaire sont restés insaisissables. Créés lors de l’effondrement des supernovae, les trous noirs résiduels stellaires ont environ 3 à 10 fois la masse de notre soleil. À l’autre extrémité du spectre, les trous noirs supermassifs, qui se cachent au centre des galaxies, sont des millions à des milliards de fois la masse de notre soleil.
S’ils existaient, les trous noirs de masse intermédiaire se situeraient quelque part au milieu – 10 à 10 000 fois plus massifs que les trous noirs résiduels stellaires, mais pas aussi massifs que les trous noirs supermassifs. Bien que ces trous noirs de masse intermédiaire devraient théoriquement exister, les astrophysiciens doivent encore trouver des preuves observationnelles indiscutables.
« Leur présence est toujours débattue », a déclaré Kıroğlu. « Les astrophysiciens ont découvert des preuves de leur existence, mais ces preuves peuvent souvent être expliquées par d’autres mécanismes. Par exemple, ce qui semble être un trou noir de masse intermédiaire pourrait en fait être l’accumulation de trous noirs de masse stellaire. »
Pour explorer le comportement de ces objets évasifs, Kıroğlu et son équipe ont développé de nouvelles simulations hydrodynamiques. Tout d’abord, ils ont créé un modèle d’étoile, composé de nombreuses particules. Ensuite, ils ont envoyé l’étoile vers le trou noir et ont calculé la force gravitationnelle agissant sur les particules lors de l’approche de l’étoile.
« Nous pouvons calculer spécifiquement quelle particule est liée à l’étoile et quelle particule est perturbée (ou n’est plus liée à l’étoile) », a déclaré Kıroğlu.
Grâce à ces simulations, Kıroğlu et son équipe ont découvert que les étoiles pouvaient orbiter autour d’un trou noir de masse intermédiaire jusqu’à cinq fois avant d’être finalement éjectées. À chaque passage autour du trou noir, l’étoile perd de plus en plus de sa masse à mesure qu’elle se déchire. Ensuite, le trou noir renvoie les restes – se déplaçant à des vitesses fulgurantes – dans la galaxie. Le motif répétitif créerait un spectacle de lumière époustouflant qui devrait aider les astronomes à reconnaître et à prouver l’existence de trous noirs de masse intermédiaire.
« C’est incroyable que la star ne soit pas complètement déchirée », a déclaré Kıroğlu. « Certaines étoiles pourraient avoir de la chance et survivre à l’événement. La vitesse d’éjection est si élevée que ces étoiles pourraient être identifiées comme des étoiles à hyper-vitesse, qui ont été observées au centre des galaxies. »
Ensuite, Kıroğlu prévoit de simuler différents types d’étoiles, y compris des étoiles géantes et des étoiles binaires, pour explorer leurs interactions avec les trous noirs.
Plus d’information:
Fulya Kıroğlu et al, Perturbations partielles des marées d’étoiles de la séquence principale par des trous noirs de masse intermédiaire, Le Journal Astrophysique (2023).
Conférence: avril.aps.org/