Les scientifiques découvrent comment de mystérieux trous noirs de taille moyenne peuvent résulter de collisions d’étoiles massives.
Jusqu’à récemment, il n’existait que deux types de trous noirs: les trous noirs stellaires, qui font 10 à 100 fois la masse de notre soleil, et les trous noirs supermassifs, qui sont des millions ou plus de fois plus gros et se cachent au cœur de galaxies comme la voie Lactée.
En 2019, cependant, des preuves significatives de ce qu’on appelle un trou noir de masse intermédiaire ou de taille moyenne sont apparues.
Le onde gravitationnelle détecteurs LIGO (the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) et Virgo ont détecté le onde gravitationnelle GW190521, qui était si puissant qu’il a dû être déclenché par une collision qui a donné naissance à un trou noir beaucoup plus grand que la limite supérieure des trous noirs stellaires. Cependant, en même temps, l’objet était loin d’être assez massif pour être un trou noir supermassif galactique.
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Avant même la détection de GW190521, les astrophysiciens avaient émis l’hypothèse que de tels trous noirs de taille moyenne devaient exister, car ils fourniraient le chaînon manquant entre les deux variétés observées.
Lorsque les chercheurs ont modélisé la naissance de GW190521, ils ont découvert qu’elle devait avoir été déclenchée par une collision entre deux trous noirs progéniteurs, l’un aussi massif que 85 soleils et un un peu plus petit avec 66 masses solaires. Le trou noir résultant aurait une masse de 140 soleils, ce qui relève de la catégorie intermédiaire jamais vue auparavant.
Une nouvelle étude suggère maintenant que ce trou noir de taille moyenne pourrait également être né d’une collision de deux étoiles géantes
Selon Selon l’astrophysicienne Michela Mapelli, astrophysicienne à l’Université de Padoue en Italie et chef de la nouvelle recherche, personne n’a encore simulé des collisions d’étoiles aussi massives.
Mapelli dirige un projet de recherche appelé DEMOBLACK, qui utilise des simulations informatiques pour modéliser la manière dont les trous noirs émergent et fusionnent à l’intérieur d’amas d’étoiles. Et la nouvelle étude est sortie de ce travail.
L’équipe de cette nouvelle étude a commencé sa simulation avec deux étoiles : une très jeune étoile brûlant de l’hydrogène environ 40 fois plus massive que le soleil et une étoile plus âgée d’une masse d’environ 60 soleils. L’étoile la plus ancienne est dans la dernière, scène géante rouge de son évolution, lorsque les étoiles brûlent de l’hélium dans leur noyau et ballon à des tailles des centaines de fois supérieures à leur taille d’origine.
Les scientifiques savent que les trous noirs stellaires naissent lorsque de vieilles étoiles s’effondrent à la fin de leur vie. Mais en raison de contraintes physiques, ces trous noirs ne peuvent être que 65 fois plus lourds que le soleil au maximum, d’après LIGO. Cela signifie évidemment que les deux trous noirs précurseurs, qui, selon les scientifiques, ont donné naissance à GW190521, ont déjà dû être le produit de fusions antérieures ou ont consommé beaucoup de matière depuis leur naissance.
Les modèles suggèrent que les trous noirs stellaires peuvent former des systèmes dits binaires, lorsqu’ils orbitent les uns autour des autres tout en se rapprochant progressivement. Finalement, ils fusionnent. Des collisions et des fusions répétées pourraient produire des trous noirs de masses beaucoup plus élevées, jusqu’à 10 000 fois la masse du soleil, a déclaré Mapelli.
Certains théoriciens pensent que des trous noirs de taille moyenne se sont formés d’une manière ou d’une autre dans l’univers primitif peu de temps après le Big Bang. trous noirs primordiaux. Alternativement, on pense que les trous noirs se développent en dévorant la matière environnante, mais cela n’explique pas la taille même de ceux qui se cachent à l’intérieur des galaxies.
Les scientifiques espèrent que la découverte de plus trous noirs de taille moyenne les aidera à percer ces mystères à l’avenir.
La nouvelle étude a été présenté lundi 11 avril lors de la réunion d’avril de l’American Physical Society.
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