Le trou noir au centre de la Voie lactée ressemble à un ballon de football


Le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée tourne si rapidement qu'il déforme l'espace-temps qui l'entoure pour lui donner une forme qui peut ressembler à un ballon de football, selon une nouvelle étude utilisant les données de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et de l'agence nationale américaine. Très grand réseau (VLA) Karl G. Jansky de la Science Foundation. Cette forme de ballon de football suggère que le trou noir tourne à une vitesse substantielle, que les chercheurs ont estimée à environ 60 % de sa limite potentielle.

Les travaux, dirigés par Ruth Daly, professeure de physique à Penn State Berks, ont été publiés dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Les astronomes appellent ce trou noir géant Sagittaire A* (Sgr A*). Elle est située à environ 26 000 années-lumière de la Terre, au centre de la galaxie. Pour déterminer la vitesse de rotation de Sgr A* – l'une de ses propriétés fondamentales, avec la masse – les chercheurs ont appliqué une méthode qui utilise des données radiologiques et radiologiques pour évaluer la façon dont la matière s'écoule vers et depuis le trou noir. La méthode a été développée et publiée par Daly en 2019 dans Le Journal d'Astrophysique.

« Notre travail pourrait aider à résoudre la question de la vitesse de rotation du trou noir supermassif de notre galaxie », a déclaré Daly. « Nos résultats indiquent que Sgr A* tourne très rapidement, ce qui est intéressant et a de vastes implications. »

L'équipe a découvert que la vitesse angulaire – le nombre de tours par seconde – de la rotation de Sgr A* est d'environ 60 % de la valeur maximale possible, une limite fixée parce que le matériau ne peut pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière.

Des estimations antérieures de la vitesse de Sgr A* ont été réalisées avec différentes techniques et par d'autres astronomes, avec des résultats allant de l'absence de rotation à une rotation presque à la vitesse maximale.

« Ce travail montre cependant que cela pourrait changer si la quantité de matière à proximité de Sgr A* augmente », a déclaré Daly.

Lorsqu'un trou noir tourne, il attire « l'espace-temps » – la combinaison du temps et des trois dimensions de l'espace – et la matière proche. L’attraction gravitationnelle écrase également l’espace-temps, modifiant sa forme en fonction de la manière dont il est observé. L'espace-temps apparaît circulaire si le trou noir est vu du haut. Vu de côté, cependant, l’espace-temps a la forme d’un ballon de football. Plus la rotation est rapide, plus le ballon est plat.

Le spin peut également servir de source d'énergie, a déclaré Daly, si de la matière – comme du gaz ou les restes d'une étoile qui s'approche trop près – existe à proximité du trou noir. Au fur et à mesure que le trou noir tourne, la matière peut s'échapper sous la forme de jets étroits appelés sorties collimatées. Cependant, Sgr A* possède actuellement une matière proche limitée, de sorte que le trou noir a été relativement calme, avec des sorties faiblement collimatées, au cours des derniers millénaires.

« Un trou noir en rotation est comme une fusée sur la rampe de lancement », a déclaré Biny Sebastian, co-auteur de l'Université du Manitoba à Winnipeg, au Canada. « Une fois que le matériel se rapproche suffisamment, c'est comme si quelqu'un avait alimenté la fusée et appuyé sur le bouton 'lancement'. »

Cela signifie qu'à l'avenir, si les propriétés de la matière et l'intensité du champ magnétique à proximité du trou noir changent, une partie de l'énorme énergie de rotation du trou noir pourrait générer des flux sortants plus puissants. Cette matière source pourrait provenir de gaz ou des restes d'une étoile déchirée par la gravité du trou noir si cette étoile s'éloigne trop de Sgr A*.

« Les jets propulsés et collimatés par le trou noir central en rotation d'une galaxie peuvent profondément affecter l'approvisionnement en gaz d'une galaxie entière, ce qui affecte la rapidité et même la capacité des étoiles à se former », a déclaré la co-auteure Megan Donahue de la Michigan State University. « Les « bulles de Fermi » observées dans les rayons X et les rayons gamma autour du trou noir de notre Voie lactée montrent que le trou noir était probablement actif dans le passé. Mesurer la rotation de notre trou noir est un test important de ce scénario. »

Les bulles de Fermi font référence à des structures qui émettent des rayons gamma au-dessus et au-dessous du trou noir qui, selon les chercheurs, résultent d'écoulements massifs antérieurs.

Les chercheurs ont utilisé la méthode de l’écoulement sortant pour déterminer le spin de Sgr A*. L'approche de Daly intègre la prise en compte de la relation entre la rotation du trou noir et sa masse, les propriétés de la matière à proximité du trou noir et les propriétés d'écoulement. Le flux collimaté produit les ondes radio, tandis que le disque de gaz entourant le trou noir émet des rayons X. Les chercheurs ont combiné les données d'observation de Chandra et du VLA avec une estimation indépendante de la masse du trou noir provenant d'autres télescopes pour éclairer la méthode d'écoulement et déterminer la rotation du trou noir.

« Nous avons une vision particulière de Sgr A* car c'est le trou noir supermassif le plus proche de nous », a déclaré le co-auteur Anan Lu de l'Université McGill de Montréal, Canada. « Bien que ce soit calme pour le moment, nos travaux montrent qu'à l'avenir, cela donnera un coup de fouet incroyablement puissant à la matière environnante. Cela pourrait se produire dans mille ou un million d'années, ou cela pourrait se produire au cours de notre vie. »

Outre ceux mentionnés ci-dessus, les co-auteurs comprennent Christopher O'Dea, de l'Université du Manitoba, et Daryl Haggard, de l'Université McGill.

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

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