Crédit d'image: JHU
Depuis plus de 30 ans, les astrophysiciens croient que les trous noirs peuvent avaler la matière voisine et libérer une énorme quantité d'énergie en conséquence. Jusqu'à récemment, cependant, les mécanismes qui rapprochent la matière des trous noirs étaient mal compris, ce qui a laissé les chercheurs perplexes sur de nombreux détails du processus.
Maintenant, cependant, des simulations informatiques de trous noirs développées par des chercheurs, dont deux à l'Université Johns Hopkins, répondent à certaines de ces questions et remettent en question de nombreuses hypothèses communément admises sur la nature de ce phénomène énigmatique.
«Ce n'est que récemment que des membres de l'équipe de recherche? John Hawley et Jean-Pierre De Villiers, tous deux de l'Université de Virginie? a créé un programme informatique suffisamment puissant pour suivre tous les éléments d'accrétion sur les trous noirs, des turbulences et des champs magnétiques à la gravité relativiste », a déclaré Julian Krolik, professeur au Département de physique et d'astronomie Henry A. Rowland de Johns Hopkins, et co -leader de l'équipe de recherche. «Ces programmes ouvrent une nouvelle fenêtre sur l'histoire compliquée de la façon dont la matière tombe dans les trous noirs, révélant pour la première fois comment les champs magnétiques enchevêtrés et la gravité einsteinienne se combinent pour extraire un dernier éclat d'énergie de la matière vouée à l'emprisonnement infini dans un noir trou."
À proximité du bord extérieur du trou noir, où la description newtonienne de la gravité s'effondre, les orbites ordinaires ne sont plus possibles. À ce moment ? ou alors il a été imaginé au cours des trois dernières décennies? la matière plonge rapidement, en douceur et en silence dans le trou noir. Au final, selon l'image dominante, le trou noir? sauf pour exercer son attraction gravitationnelle? est un destinataire passif de dons de masse.
Les premiers calculs réalistes de l’équipe de la matière tombant dans les trous noirs ont fortement contredit bon nombre de ces attentes. Ils montrent, par exemple, que la vie à proximité d'un trou noir est tout sauf calme et tranquille. Au lieu de cela, les effets relativistes qui obligent la matière à plonger vers l'intérieur amplifient les mouvements aléatoires dans le fluide pour créer de violentes perturbations de la densité, de la vitesse et de la force du champ magnétique, entraînant des ondes de matière et de champ magnétique dans les deux sens. Cette violence peut avoir des conséquences observables, selon le co-chef de l'équipe de recherche Hawley.
«Tout comme tout fluide qui a été agité dans la turbulence, la matière immédiatement à l'extérieur du bord du trou noir est chauffée. Cette chaleur supplémentaire produit une lumière supplémentaire que les astronomes sur Terre peuvent voir », a déclaré Hawley. «L'une des caractéristiques des trous noirs est que leur rendement lumineux varie.
Bien que cela soit connu depuis plus de 30 ans, il n'a pas été possible d'étudier les origines de ces variations jusqu'à présent. Les violentes variations de chauffage? maintenant considéré comme un sous-produit naturel des forces magnétiques près du trou noir? offrent une explication naturelle à la luminosité en constante évolution des trous noirs. "
L'une des propriétés les plus frappantes d'un trou noir est sa capacité à expulser les jets à une vitesse proche de la lumière. Alors que l'on s'attend depuis longtemps à ce que les champs magnétiques soient cruciaux pour ce processus, les dernières simulations montrent pour la première fois comment un champ peut être expulsé du gaz d'accrétion pour créer un tel jet.
Le résultat peut-être le plus surprenant des nouvelles simulations informatiques de l'équipe est que les champs magnétiques rapprochés d'un trou noir rotatif couplent également la rotation du trou à la matière en orbite plus loin, de la même manière que la transmission d'une voiture connecte son moteur rotatif à l'essieu. Dit Krolik, «Si un trou noir naît en tournant extrêmement rapidement, son« train d'entraînement »peut être si puissant que sa capture de masse supplémentaire ralentit sa rotation. L'accumulation de masse agirait alors comme un «gouverneur», imposant une limite de vitesse cosmique sur les tours du trou noir. »
Selon Krolik, ce «gouverneur» peut avoir de fortes implications pour bon nombre des propriétés les plus frappantes des trous noirs. Il est largement admis, par exemple, que la force d'un jet de trou noir est liée à son spin, donc une "limite de vitesse de spin" pourrait déterminer une force caractéristique pour les jets, a déclaré Krolik.
Financée par la National Science Foundation, cette recherche est publiée dans une série de quatre articles dans The Astrophysical Journal. ((De Villiers et al 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al.2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al. ApJ 620, 879; Krolik et al. Avril 2005 ApJ sous presse.)) Les simulations ont été effectuées au San Diego Supercomputer Center soutenu par la NSF. L'équipe de recherche comprenait également Shigenobu Hirose, également de Johns Hopkins.
Source d'origine: communiqué de presse de JHU
