Les trous noirs supermassifs engloutissent du gaz comme leurs petits homologues


Les trous noirs supermassifs engloutissent du gaz comme leurs petits homologues

Lorsqu’un trou noir supermassif a consommé une , les chercheurs ont été surpris de constater qu’elle présentait des propriétés similaires à celles des trous noirs de stellaire beaucoup plus petits. Crédit photo: Christine Daniloff, MIT

Le 9 septembre 2018, des astronomes ont découvert un flash d’une galaxie éloignée de 860 millions d’années-lumière. La source était un trou noir supermassif d’environ 50 millions de fois la taille de la masse solaire. Habituellement calme, le géant gravitationnel s’est soudainement réveillé et a dévoré une étoile qui passait dans un événement rare connu sous le nom de perturbation des marées. Lorsque les débris d’étoiles sont tombés sur le trou noir, ils ont libéré une énorme quantité d’énergie sous forme de lumière.

Des chercheurs du MIT, de l’Observatoire européen austral et ailleurs ont utilisé plusieurs télescopes pour suivre l’événement appelé AT2018fyk. À leur grande surprise, ils ont observé que lorsque le trou noir supermassif consommait l’étoile, il présentait des propriétés similaires à celles des trous noirs de masse stellaire beaucoup plus petits.

Les résultats publiés aujourd’hui dans le Journal d’astrophysique, suggèrent que l’accrétion, ou la façon dont les trous noirs se développent à mesure qu’ils consomment de la matière, est indépendante de leur taille.

«Nous avons montré que lorsque vous avez vu un trou noir, dans un sens, vous les avez tous vus», déclare l’auteur de l’étude Dheeraj « DJ » Pasham, scientifique à l’Institut Kavli du MIT pour l’astrophysique et la recherche spatiale. « Si vous leur lancez une boule de gaz, ils semblent tous faire plus ou moins la même chose. Ce sont les mêmes animaux en termes d’accrétion. »

Les co-auteurs de Pasham comprennent le chercheur principal Ronald Remillard et l’ancien étudiant au doctorat du MIT Anirudh Chiti, ainsi que des chercheurs de l’Observatoire européen austral de l’Université de Cambridge, de l’Université de Leiden, de l’Université de New York, de l’Université du Maryland, de l’Université Curtin et de l’Université d’Amsterdam et de la NASA Goddard. Centre de vol spatial.

Un excellent réveil

Lorsque de petits trous noirs avec une masse stellaire et une masse environ dix fois supérieure à celle de notre soleil émettent un éclair de lumière, cela réagit souvent à un afflux de matière provenant d’une étoile compagnon. Cette flambée de radiation déclenche un développement spécifique dans la région autour du trou noir. Du repos, un trou noir entre dans une phase « douce », qui est dominée par un disque d’accrétion lorsque le matériau de l’étoile est aspiré dans le trou noir. Lorsque la quantité de matière entrant diminue, elle retourne à une phase «dure» dans laquelle une couronne incandescente prend le contrôle. Le trou noir revient finalement à un calme constant, et tout ce cycle d’accrétion peut prendre de quelques semaines à quelques mois.

Les physiciens ont observé ce cycle d’accrétion caractéristique dans plusieurs trous noirs de masse stellaire sur plusieurs décennies. Pour les trous noirs supermassifs, cependant, on pensait que ce processus prendrait trop de temps pour être complètement capturé, car ces goliaths broutent généralement et se nourrissent lentement de gaz dans les régions centrales d’une galaxie.

«Ce processus se déroule généralement à des échelles de temps de plusieurs milliers d’années dans des trous noirs supermassifs», explique Pasham. « Les gens ne peuvent pas attendre aussi longtemps pour attraper quelque chose ça. »

Cependant, tout ce processus s’accélère lorsqu’un trou noir subit un afflux soudain et énorme de matière, par ex. B. lors d’un événement de perturbation des marées, lorsqu’une étoile se rapproche suffisamment pour qu’un trou noir puisse la déchirer en morceaux.

«Tout est brusque lors d’un événement de perturbation des marées», dit Pasham. «Vous avez un morceau de gaz soudain jeté sur vous et le trou noir se réveille soudainement et c’est comme ‘whoa, il y a tellement à manger – laissez-moi simplement manger, manger, manger jusqu’à ce qu’il disparaisse.’ Donc, il apprend tout en peu de temps. Cela nous permet d’étudier toutes ces différentes étapes d’accrétion que les humains connaissent dans les trous noirs à masse stellaire. « 

Un cycle super massif

En septembre 2018, l’enquête automatisée All-Sky pour les supernovae (ASASSN) a détecté les signaux d’un scintillement soudain. Les scientifiques ont par la suite déterminé que la torche était le résultat d’un événement de perturbation des marées impliquant un trou noir supermassif qu’ils ont appelé le TDE AT2018fyk. Wevers, Pasham et collègues ont sauté sur l’avertissement et ont pu pointer plusieurs télescopes, chacun entraîné pour imager différentes bandes du spectre ultraviolet et des rayons X, sur le système.

L’équipe a collecté des données sur deux ans avec les télescopes spatiaux XMM-Newtonian X-ray et l’Observatoire de rayons X Chandra, ainsi qu’avec NICER, l’instrument de surveillance à rayons X à bord de la Station spatiale internationale, et les radiotélescopes de l’observatoire Swift. en Australie.

«Nous avons capturé le trou noir à l’état mou avec la formation d’un disque d’accrétion et la majeure partie de l’émission dans la gamme ultraviolette, avec très peu dans l’image aux rayons X», explique Pasham. « Ensuite, le disque s’effondre, la couronne devient plus forte et maintenant elle est très brillante aux rayons X. Après tout, il n’y a pas beaucoup de gaz à nourrir et la luminosité globale baisse et revient à des niveaux indétectables. »

Les chercheurs estiment que le trou noir a détruit par marée une étoile de la taille de notre soleil. Ce faisant, il a créé un énorme disque d’accrétion d’environ 12 milliards de kilomètres de large et a émis du gaz estimé à environ 40 000 Kelvin, soit plus de 70 000 degrés Fahrenheit. Au fur et à mesure que le disque devenait plus pâle et moins brillant, une couronne de rayons X compacts et à haute énergie a pris le dessus sur la phase dominante autour du trou noir avant de disparaître.

«Les gens savaient que ce cycle se déroulait dans des trous noirs avec des masses stellaires qui ne représentaient qu’environ 10 masses solaires. Maintenant, nous voyons cela dans quelque chose de 5 millions de fois plus grand», dit Pasham.

« La perspective la plus excitante pour l’avenir est que de tels événements de perturbation des marées ouvriront une fenêtre sur la formation de structures complexes très proches du trou noir supermassif comme le disque d’accrétion et la couronne », déclare l’auteur principal Thomas Wevers, membre de l’Observatoire européen austral. « Espérons que si nous étudions comment ces structures se forment et interagissent dans l’environnement extrême après la destruction d’une étoile, nous pouvons commencer à mieux comprendre les lois physiques fondamentales qui régissent leur existence. »

Les résultats montrent non seulement que les trous noirs subissent l’accrétion de la même manière quelle que soit leur taille, mais représentent également la deuxième fois que des scientifiques ont enregistré la formation d’une couronne du début à la fin.

« Une couronne est une entité très mystérieuse, et dans le cas des trous noirs supermassifs, les gens ont examiné les coronas établies mais ne savent pas quand ni comment elles se sont formées », explique Pasham. «Nous avons montré que vous pouvez utiliser les événements de perturbation de la marée pour capturer la formation corona. J’ai hâte d’utiliser ces événements à l’avenir pour découvrir ce qu’est exactement la couronne.


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Plus d’information:
T.Wevers et al., Rapid Accretion State Transitions after the Tidal Disruption Event AT2018fyk, Le journal astrophysique (2021). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abf5e2

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire a été republiée avec l’autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site Web populaire qui contient des nouvelles sur la recherche, l’innovation et l’enseignement du MIT.

Citation: Les trous noirs supermassifs dévorent du gaz, tout comme leurs petits (2021, 17 mai) posté le 17 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-supermassive-black-holes-devour-gas .html

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