La « loupe à rayons X » améliore la vue des trous noirs distants


"Loupe à rayons X" Améliore la visibilité des trous noirs distants

Crédit photo : Image : NASA/CXC/M. Blanche; Radiographie (en médaillon) : NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al. Photo de presse, légende et vidéos

En utilisant une lentille naturelle dans l’espace, les astronomes ont acquis une sans précédent rayons X d’un système de dans l’univers primitif.

Cette loupe a d’abord été utilisée pour affiner les images radiographiques avec l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Il a capturé des détails sur les trous noirs qui seraient normalement trop éloignés pour être examinés avec les télescopes à rayons X existants.

Les astronomes ont utilisé un phénomène connu sous le nom de « lentille gravitationnelle », qui se produit lorsque le chemin de la lumière provenant d’objets est courbé à travers une grande concentration de masse, telle qu’une galaxie, située le long de la ligne de visée. Cette action de l’objectif peut considérablement amplifier et intensifier la lumière, créant des images en double du même objet. La configuration de ces images en double peut être utilisée pour déchiffrer la complexité de l’objet et affiner les images.

Le système de lentilles gravitationnelles de la nouvelle étude s’appelle MG B2016 + 112. Les rayons X découverts par Chandra ont été émis par ce système alors que l’univers n’avait que 2 milliards d’années, par rapport à son âge actuel de près de 14 milliards d’années.

« Nos efforts pour voir et comprendre des objets aussi éloignés dans les rayons X seraient voués à l’échec si nous n’avions pas une loupe aussi naturelle », a déclaré Dan Schwartz du Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian (CfA), qui apprend.

Les dernières recherches s’appuient sur les travaux antérieurs de la co-auteur Cristiana Spiningola, qui travaille actuellement à l’Institut national italien d’astrophysique (INAF) à Bologne, en Italie. À l’aide d’observations radio de MG B2016 + 112, son équipe a trouvé des preuves d’une paire de trous noirs supermassifs à croissance rapide qui ne sont distants que d’environ 650 années-lumière. Ils ont découvert que les deux candidats pour les trous noirs peuvent avoir des jets.

En utilisant un modèle de lentille gravitationnelle basé sur les données radio, Schwartz et ses collègues sont arrivés à la conclusion que les trois sources de rayons X qu’ils ont découvertes à partir du système MG B2016 + 112 doivent avoir résulté de la formation de lentilles de deux objets différents. Ces deux objets émetteurs de rayons X sont probablement une paire de trous noirs supermassifs en croissance, ou un trou noir supermassif en croissance et son jet. La séparation estimée de ces deux objets est cohérente avec le travail radio.

Les mesures précédentes de Chandra de paires ou de trios de trous noirs supermassifs en croissance ont généralement inclus des objets beaucoup plus proches de la Terre ou avec des distances beaucoup plus grandes entre les objets. Auparavant, un faisceau de rayons X était observé encore plus loin de la Terre, émettant de la lumière alors que l’univers n’avait que 7 % de son âge actuel. Cependant, l’émission du jet est à environ 160 000 années-lumière du trou noir.

Le présent résultat est important car il fournit des informations cruciales sur le taux de croissance des trous noirs dans l’Univers primitif et la preuve d’un éventuel système de trous noirs doubles. La lentille gravitationnelle amplifie la lumière de ces objets distants qui seraient autrement trop faibles pour être vus. La lumière des rayons X détectée par l’un des objets de la MG B2016 + 112 peut être jusqu’à 300 fois plus lumineuse qu’elle ne l’aurait été sans l’objectif.

« Les astronomes ont découvert des trous noirs d’une masse des milliards de fois supérieure à celle de notre soleil, qui s’est formé seulement des centaines de millions d’années après le Big Bang, alors que l’univers n’avait que quelques pour cent de son âge actuel », a déclaré Spingola. « Nous voulons résoudre le mystère de la façon dont ces trous noirs supermassifs ont gagné en masse si rapidement. »

Les impulsions des lentilles gravitationnelles pourraient permettre aux chercheurs d’estimer combien de systèmes avec deux trous noirs supermassifs sont suffisamment espacés pour générer des ondes gravitationnelles qui pourront être observées avec des détecteurs spatiaux à l’avenir.

« À bien des égards, ce résultat est une preuve de concept passionnante de la façon dont cette ‘loupe’ peut nous aider à découvrir la physique des trous noirs supermassifs distants d’une manière inédite. Sans cet effet, Chandra aurait dû l’observer plusieurs fois. « Cent fois plus longtemps et même alors ne révélerait pas les structures complexes », explique la co-auteure Anna Barnacka du CfA et de l’Université Jagellonne, qui a développé les techniques pour mettre lentilles gravitationnelles dans les télescopes à haute résolution à transformer pour affiner les images.

« Grâce aux lentilles gravitationnelles, des observations beaucoup plus longues de Chandra pourraient faire la distinction entre la paire de trous noirs et le trou noir, ainsi que des explications sur les jets seront bientôt mises en ligne et fourniront des dizaines de milliers de cibles », conclut Schwartz.

L’incertitude sur la position aux rayons X de l’un des objets de MG B2016 + 112 est de 130 années-lumière dans une dimension et de 2 000 années-lumière dans l’autre dimension perpendiculaire. Cela signifie que la zone dans laquelle la source est susceptible de se trouver est plus de 100 fois plus petite que la zone équivalente pour une source Chandra typique sans lentilles. Une telle précision dans la détermination d’une position est sans précédent en astronomie aux rayons X pour une source à cette .

Un article décrivant ces résultats paraît dans le numéro d’août de Le Journal d’Astrophysique.


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Plus d’information:
Daniel Schwartz et al., Résolution de la structure interne complexe aux rayons X de l’AGN avec des lentilles gravitationnelles MG B2016 + 112, Le Journal d’Astrophysique (2021). DOI : 10.3847 / 1538-4357 / ac0909

Pré-impression : arxiv.org/abs/2103.08537

Fourni par le Centre de radiographie Chandra

Citation: « X-ray Magnifier » améliore la vue des trous noirs distants (2021, 31 août), consulté le 31 août 2021 depuis https://phys.org/news/2021-08-x-ray-magnifying-glass- vue- distant .html

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