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Un trou noir géant qui tourne plus lentement que ses pairs

Crédit : Chandra X-ray Center

Les astronomes ont réalisé une mesure record du spin d’un trou noir, l’une des deux propriétés fondamentales des trous noirs. L’observatoire à rayons X Chandra de la NASA montre que ce trou noir tourne plus lentement que la plupart de ses petits cousins.

Il s’agit du trou noir le plus massif avec une mesure de spin précise et donne des indices sur la croissance de certains des plus grands trous noirs de l’univers.

Les trous noirs supermassifs contiennent des millions voire des milliards de fois plus de masse que le Soleil. Les astronomes pensent que presque toutes les grandes galaxies ont un trou noir supermassif en leur centre. Bien que l’existence de trous noirs supermassifs ne soit pas contestée, les scientifiques s’efforcent toujours de comprendre comment ils se développent et évoluent. Une information essentielle est la vitesse de rotation des trous noirs.

“Chaque trou noir peut être défini par seulement deux nombres : son spin et sa masse”, a déclaré Julia Sisk-Reynes de l’Institut d’astronomie (IoA) de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, qui a dirigé la nouvelle étude. “Bien que cela semble assez simple, déterminer ces valeurs pour la plupart des trous noirs s’est avéré incroyablement difficile.”

Pour ce résultat, les chercheurs ont observé des rayons X qui rebondissaient sur un disque de matière tourbillonnant autour du trou noir dans un quasar connu sous le nom de H1821+643. Les quasars contiennent des trous noirs supermassifs à croissance rapide qui génèrent de grandes quantités de rayonnement dans une petite région autour du trou noir. Situé dans un amas de galaxies à environ 3,4 milliards d’années-lumière de la Terre, le trou noir de H1821+643 se situe entre environ 3 et 30 milliards de masses solaires, ce qui en fait l’un des plus massifs connus. En revanche, le trou noir supermassif au centre de notre galaxie pèse environ quatre millions de soleils.

Les fortes forces gravitationnelles près du trou noir modifient l’intensité des rayons X à différentes énergies. Plus l’altération est importante, plus le bord intérieur du disque doit être proche du point de non-retour du trou noir, connu sous le nom d’horizon des événements. Parce qu’un trou noir en rotation entraîne l’espace avec lui et permet à la matière de s’orbiter plus près de lui qu’il n’est possible pour un trou noir non en rotation, les données de rayons X peuvent montrer à quelle vitesse le trou noir tourne.

“Nous avons constaté que le trou noir dans H1821+643 tourne environ deux fois moins vite que la plupart des trous noirs pesant entre environ un million et dix millions de soleils”, a déclaré le co-auteur Christopher Reynolds, également de l’IoA. « La question à un million de dollars est : pourquoi ?

La réponse réside peut-être dans la façon dont ces trous noirs supermassifs se développent et évoluent. Cette rotation relativement lente soutient l’idée que les trous noirs les plus massifs comme H1821 + 643 subissent la majeure partie de leur croissance en fusionnant avec d’autres trous noirs, ou en tirant du gaz vers l’intérieur dans des directions aléatoires lorsque leurs grands disques sont perturbés.

Les trous noirs supermassifs qui se développent de cette manière sont susceptibles de subir souvent de grands changements de rotation, y compris d’être ralentis ou arrachés dans la direction opposée. La prédiction est donc que les trous noirs les plus massifs devraient être observés comme ayant une gamme de vitesses de rotation plus large que leurs parents moins massifs.

D’autre part, les scientifiques s’attendent à ce que les trous noirs moins massifs accumulent la majeure partie de leur masse à partir d’un disque de gaz tournant autour d’eux. Parce que ces disques sont censés être stables, la matière entrante s’approche toujours d’une direction qui fera tourner les trous noirs plus rapidement jusqu’à ce qu’ils atteignent la vitesse maximale possible, qui est la vitesse de la lumière.

“La rotation modérée de cet objet ultramassif peut être un témoignage de l’histoire violente et chaotique des plus grands trous noirs de l’univers”, a déclaré le co-auteur James Matthews, également de l’IoA. “Cela peut également donner un aperçu de ce qui arrivera au trou noir supermassif de notre galaxie dans des milliards d’années à l’avenir, lorsque la Voie lactée entrera en collision avec Andromède et d’autres galaxies.”

Ce trou noir fournit des informations qui complètent ce que les astronomes ont appris sur les trous noirs supermassifs observés dans notre galaxie et dans M87, qui ont été imagés avec le télescope Event Horizon. Dans ces cas, les masses du trou noir sont bien connues, mais le spin ne l’est pas.

Un article décrivant ces résultats de Sisk-Reynes et ses collaborateurs apparaît dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le centre de rayons X Chandra du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, Massachusetts.


Le très grand télescope découvre la paire de trous noirs supermassifs la plus proche à ce jour


Plus d’information:
Júlia Sisk-Reynés et al, Preuve d’un spin modéré à partir de la réflexion des rayons X du trou noir supermassif de masse élevée dans le quasar H1821 + 643 hébergé par le cluster, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2022). DOI : 10.1093/mnras/stac1389

Fourni par Chandra X-ray Center

Citation: Un trou noir géant qui tourne plus lentement que ses pairs (2022, 30 juin) récupéré le 3 juillet 2022 sur https://phys.org/news/2022-06-giant-black-hole-slower-peers.html

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