Une pour chaque trous
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Un peu de toute l'actualité scientifique
by
La RĂ©daction
·
10 mai 2022
Il y a trois ans, la toute premiĂšre image dâun trou noir a stupĂ©fiĂ© le monde. Une fosse noire de nĂ©ant entourĂ©e dâun anneau de lumiĂšre ardent. Cette image emblĂ©matique du trou noir au centre de la galaxie Messier 87 a Ă©tĂ© mise au point grĂące au tĂ©lescope Event Horizon, un rĂ©seau mondial dâantennes radio synchronisĂ©es agissant comme un tĂ©lescope gĂ©ant.
Maintenant, deux chercheurs de Columbia ont mis au point un moyen potentiellement plus simple de regarder dans lâabĂźme. DĂ©crites dans des Ă©tudes complĂ©mentaires en Lettres dâexamen physique et Examen physique D, leur technique dâimagerie pourrait permettre aux astronomes dâĂ©tudier des trous noirs plus petits que celui de M87, un monstre dâune masse de 6,5 milliards de soleils, hĂ©bergĂ© dans des galaxies plus Ă©loignĂ©es que M87, qui Ă 55 millions dâannĂ©es-lumiĂšre, est encore relativement proche de notre propre Voie lactĂ©e .
La technique nâa que deux exigences. Tout dâabord, vous avez besoin dâune paire de trous noirs supermassifs en voie de fusion. DeuxiĂšmement, vous devez regarder la paire sous un angle presque latĂ©ral. De ce point de vue latĂ©ral, lorsquâun trou noir passe devant lâautre, vous devriez ĂȘtre en mesure de voir un Ă©clair lumineux alors que lâanneau lumineux du trou noir le plus Ă©loignĂ© est amplifiĂ© par le trou noir le plus proche de vous, un phĂ©nomĂšne connue sous le nom de lentille gravitationnelle.
Lâeffet de lentille est bien connu, mais ce que les chercheurs ont dĂ©couvert ici Ă©tait un signal cachĂ© : une baisse distinctive de la luminositĂ© correspondant à « lâombre » du trou noir Ă lâarriĂšre. Cette gradation subtile peut durer de quelques heures Ă quelques jours, selon la masse des trous noirs et la proximitĂ© de leurs orbites. Si vous mesurez la durĂ©e du creux, disent les chercheurs, vous pouvez estimer la taille et la forme de lâombre projetĂ©e par lâhorizon des Ă©vĂ©nements du trou noir, le point de non-sortie, oĂč rien ne sâĂ©chappe, pas mĂȘme la lumiĂšre.
« Il a fallu des annĂ©es et des efforts considĂ©rables de la part de dizaines de scientifiques pour crĂ©er cette image haute rĂ©solution des trous noirs de M87 », a dĂ©clarĂ© le premier auteur de lâĂ©tude, Jordy Davelaar, postdoctorant Ă Columbia et au Centre dâastrophysique computationnelle du Flatiron Institute. « Cette approche ne fonctionne que pour les trous noirs les plus grands et les plus proches â la paire au cĆur de M87 et potentiellement notre propre Voie lactĂ©e. »
Il a ajoutĂ© : « Avec notre technique, vous mesurez la luminositĂ© des trous noirs au fil du temps, vous nâavez pas besoin de rĂ©soudre chaque objet dans lâespace. Il devrait ĂȘtre possible de trouver ce signal dans de nombreuses galaxies. »
Lâombre dâun trou noir est Ă la fois sa caractĂ©ristique la plus mystĂ©rieuse et la plus informative. « Cette tache sombre nous renseigne sur la taille du trou noir, la forme de lâespace-temps qui lâentoure et comment la matiĂšre tombe dans le trou noir prĂšs de son horizon », a dĂ©clarĂ© le co-auteur Zoltan Haiman, professeur de physique Ă Columbia.
Les ombres des trous noirs pourraient Ă©galement dĂ©tenir le secret de la vĂ©ritable nature de la gravitĂ©, lâune des forces fondamentales de notre univers. La thĂ©orie de la gravitĂ© dâEinstein, connue sous le nom de relativitĂ© gĂ©nĂ©rale, prĂ©dit la taille des trous noirs. Les physiciens les ont donc recherchĂ©s pour tester des thĂ©ories alternatives de la gravitĂ© dans le but de concilier deux idĂ©es concurrentes sur le fonctionnement de la nature : la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale dâEinstein, qui explique des phĂ©nomĂšnes Ă grande Ă©chelle comme les planĂštes en orbite et lâunivers en expansion, et la physique quantique, qui explique comment de minuscules particules comme les Ă©lectrons et les photons peuvent occuper plusieurs Ă©tats Ă la fois.
Les chercheurs se sont intĂ©ressĂ©s Ă lâĂ©vasement des trous noirs supermassifs aprĂšs avoir repĂ©rĂ© une paire prĂ©sumĂ©e de trous noirs supermassifs au centre dâune galaxie lointaine dans lâunivers primitif. Le tĂ©lescope spatial Kepler, chasseur de planĂštes, de la NASA balayait les minuscules baisses de luminositĂ© correspondant Ă une planĂšte passant devant son Ă©toile hĂŽte. Au lieu de cela, Kepler a fini par dĂ©tecter les Ă©ruptions de ce que Haiman et ses collĂšgues prĂ©tendent ĂȘtre une paire de trous noirs fusionnĂ©s.
Ils ont nommĂ© la galaxie lointaine « Spikey » pour les pics de luminositĂ© dĂ©clenchĂ©s par ses trous noirs prĂ©sumĂ©s se grossissant mutuellement Ă chaque rotation complĂšte via lâeffet de lentille. Pour en savoir plus sur lâĂ©ruption, Haiman a construit un modĂšle avec son postdoc, Davelaar.
Ils ont cependant Ă©tĂ© confus lorsque leur paire de trous noirs simulĂ©s a produit une baisse de luminositĂ© inattendue, mais pĂ©riodique, chaque fois que lâun tournait devant lâautre. Au dĂ©but, ils pensaient que câĂ©tait une erreur de codage. Mais une vĂ©rification plus poussĂ©e les a amenĂ©s Ă faire confiance au signal.
Alors quâils cherchaient un mĂ©canisme physique pour lâexpliquer, ils se sont rendu compte que chaque baisse de luminositĂ© correspondait Ă©troitement au temps quâil fallait au trou noir le plus proche du spectateur pour passer devant lâombre du trou noir Ă lâarriĂšre.
Les chercheurs recherchent actuellement dâautres donnĂ©es de tĂ©lescope pour essayer de confirmer le creux quâils ont vu dans les donnĂ©es de Kepler afin de vĂ©rifier que Spikey abrite en fait une paire de trous noirs fusionnĂ©s. Si tout se vĂ©rifie, la technique pourrait ĂȘtre appliquĂ©e Ă une poignĂ©e dâautres paires suspectes de trous noirs supermassifs fusionnants parmi les quelque 150 qui ont Ă©tĂ© repĂ©rĂ©s jusquâĂ prĂ©sent et attendent une confirmation.
Au fur et Ă mesure que des tĂ©lescopes plus puissants seront mis en ligne dans les annĂ©es Ă venir, dâautres opportunitĂ©s pourraient se prĂ©senter. Lâobservatoire Vera Rubin, qui doit ouvrir ses portes cette annĂ©e, vise plus de 100 millions de trous noirs supermassifs. Dâautres reconnaissances de trous noirs seront possibles lorsque le dĂ©tecteur dâondes gravitationnelles de la NASA, LISA, sera lancĂ© dans lâespace en 2030.
« MĂȘme si seule une infime fraction de ces binaires de trous noirs a les bonnes conditions pour mesurer notre effet proposĂ©, nous pourrions trouver bon nombre de ces creux de trous noirs », a dĂ©clarĂ© Davelaar.
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