'Impossible' merger of two massive black holes explained
Fusion « impossible » de deux trous noirs supermassifs expliquée
Par Mara Johnson-Groh, Fondation Simons
Édité par Gaby Clark, relu par Robert Egan
Note de la rédaction
Image extraite d'une simulation informatique de la formation et de l'évolution d'un trou noir. Crédit : Ore Gottleib/Fondation Simons
En 2023, des astronomes ont détecté une collision cataclysmique. Deux trous noirs d'une masse sans précédent sont entrés en collision à une distance estimée à 7 milliards d'années-lumière. Leurs masses colossales et leurs vitesses de rotation extrêmes ont intrigué les astronomes. On ne pensait pas que de tels trous noirs puissent exister.
Aujourd'hui, des astronomes du Centre d'astrophysique computationnelle (CCA) de l'Institut Flatiron et leurs collègues ont percé le mystère de la formation et de la collision de ces trous noirs. Leurs simulations exhaustives, qui retracent le système depuis la vie des étoiles parentes jusqu'à leur mort, ont révélé l'élément manquant que les études précédentes avaient négligé : les champs magnétiques.
« Personne n'avait étudié ces systèmes sous cet angle ; auparavant, les astronomes négligeaient les champs magnétiques, une approche simplifiée », explique Ore Gottlieb, astrophysicien au CCA et auteur principal de la nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters. « Mais en tenant compte des champs magnétiques, on peut expliquer l'origine de cet événement unique.»
La collision détectée en 2023, désormais connue sous le nom de GW231123, a été observée par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA grâce à des détecteurs mesurant les ondes gravitationnelles, ces ondulations de l'espace-temps provoquées par le mouvement d'objets massifs.
À l'époque, les astronomes ne parvenaient pas à comprendre comment des trous noirs aussi massifs et à rotation rapide pouvaient exister. Lorsque des étoiles massives arrivent en fin de vie, beaucoup s'effondrent et explosent en supernova, laissant derrière elles un trou noir. Mais si l'étoile appartient à une certaine catégorie de masse, un type particulier de supernova se produit. Cette explosion, appelée supernova par instabilité de paires, est si violente que l'étoile est annihilée, ne laissant rien derrière elle.
Ces rendus 3D d'un collapsar à horizon direct, doté d'un champ magnétique initialement faible, illustrent l'évolution du système. Au début de l'effondrement, les vents du disque d'accrétion délient une grande partie de l'enveloppe stellaire, réduisant la masse disponible pour l'accrétion sur le trou noir. Finalement, un jet unilatéral émerge de la région située juste à l'extérieur du trou noir, le faisant tourner et expulsant la matière stellaire restante. Crédit : Ore Gottlieb/Fondation Simons
« En raison de ces supernovae, nous ne nous attendons pas à ce que des trous noirs se forment entre 70 et 140 fois la masse du Soleil », explique Gottlieb. « Il était donc surprenant de voir des trous noirs avec des masses comprises dans cet intervalle. »
Fusion « impossible » de deux trous noirs supermassifs expliquée
Par Mara Johnson-Groh, Fondation Simons
Édité par Gaby Clark, relu par Robert Egan
Note de la rédaction
Image extraite d'une simulation informatique de la formation et de l'évolution d'un trou noir. Crédit : Ore Gottleib/Fondation Simons
En 2023, des astronomes ont détecté une collision cataclysmique. Deux trous noirs d'une masse sans précédent sont entrés en collision à une distance estimée à 7 milliards d'années-lumière. Leurs masses colossales et leurs vitesses de rotation extrêmes ont intrigué les astronomes. On ne pensait pas que de tels trous noirs puissent exister.
Aujourd'hui, des astronomes du Centre d'astrophysique computationnelle (CCA) de l'Institut Flatiron et leurs collègues ont percé le mystère de la formation noire et de la collision de ces trous. Leurs simulations exhaustives, qui retracent le système depuis la vie des étoiles parents jusqu'à leur mort, ont révélé l'élément manquant que les études précédentes avaient négligé : les champs magnétiques.
« Personne n'avait étudié ces systèmes sous cet angle ; auparavant, les astronomes négligeaient les champs magnétiques, une approche simplifiée », explique Ore Gottlieb, astrophysicien au CCA et auteur principal de la nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters. « Mais en tenant compte des champs magnétiques, on peut expliquer l'origine de cet événement unique.»
La collision détectée en 2023, désormais connue sous le nom de GW231123, a été enregistrée par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA grâce à des détecteurs mesurant les ondes gravitationnelles, ces ondulations de l'espace-temps provoquées par le mouvement d'objets massifs.
À l'époque, les astronomes ne parvenaient pas à comprendre comment des trous noirs aussi massifs et à rotation rapide pouvaient exister. Lorsque des étoiles massives arrivent en fin de vie, beaucoup s'effondrent et explosent en supernova, laissant derrière elles un trou noir. Mais si l'étoile appartient à une certaine catégorie de masse, un type particulier de supernova se produit. Cette explosion, appelée supernova par instabilité de paires, est si violente que l'étoile est ann
Ces rendus 3D d'un collapsar à horizon direct, dotés d'un champ magnétique initialement faible, illustrent l'évolution du système. Au début de l'effondrement, les vents du disque d'accrétion délient une grande partie de l'enveloppe stellaire, notamment la masse disponible pour l'accrétion sur le trou noir. Finalement, un jet unilatéral émerge de la région située juste à l'extérieur du trou noir, le faisant tourner et expulser la matière stellaire restante. Crédit : Ore Gottlieb/Fondation Simons
« En raison de ces supernovae, nous ne nous attendons pas à ce que des trous noirs se forment entre 70 et 140 fois la masse du Soleil », explique Gottlieb. « Il était donc surprenant de voir des trous noirs avec des masses comprises dans cet intervalle.»
XXXXXXXX
RESUMR
Fusion « impossible » de deux trous noirs supermassifs expliquée
Des simulations intégrant les champs magnétiques démontrent que des trous noirs massifs à rotation rapide, comme ceux de GW231123, peuvent se former à partir d'étoiles en rotation rapide. Les champs magnétiques induisent des écoulements qui éjectent de la matière stellaire, réduisant ainsi la masse finale du trou noir et influençant sa rotation. Ce processus explique l'existence de trous noirs dans l'intervalle de masse de 70 à 140 M☉ et suggère un lien entre la masse et la rotation d'un trou noir.
XXXXXXXXXXXXXX
COMMENTAIRES
Je orends connaissance de ce résultat sans trop m en étonner car il s agit avant tout de calculs et de simulations .....
Les rotations de trous noirs n ont pas encore reçu de preuves experimentales direstes
Je rappelle a mes élèves que En astrophysique, un trou noir de Kerr, ainsi désigné en l'honneur du mathématicien néozélandais Roy Kerr, est un trou noir en rotation et dépourvu de charge électrique.
XXXXXXXXXXXXXXX
More information: Ore Gottlieb et al, Spinning into the Gap: Direct-horizon Collapse as the Origin of GW231123 from End-to-end General-relativistic Magnetohydrodynamic Simulations, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae0d81
Journal information: Astrophysical Journal Letters
Provided by Simons Foundation
Explore further
Simulations reveal black holes inherit magnetic fields from parent stars
Selon la théorie DUO5, les premières galaxies étaient si denses qu'elles étaient sous forme de trous noirs. C'est le processus de mitose-expansion qui a fait surgir les étoiles des galaxies en environ 1 million d'années! Les trous noirs centraux actuels en sont les traces. C'est le contraire de la naïve et lente accrétion promordiale. Tous cela est cohérent avec ce que l'on observe récemment. Le modèle standard a du plomb dans l'aile. Il ne tient que par le conservatisme ambiant !
RépondreSupprimerAmitiés
Dominique MAREAU