Les trous noirs supermassifs sont les objets les plus extrêmes de l’Univers connu, avec des masses de plusieurs millions, voire des milliards de fois plus grandes que la masse de notre Soleil. Maintenant, les astronomes ont pu explorer l'un de ces géants à l'intérieur d'un étrange quasar lointain. Ils ont réussi à faire une découverte étonnante - elle tourne à un tiers de la vitesse de la lumière.
L’étude du trou noir supermassif, situé à environ 3,5 milliards d’années-lumière de nous, n’est pas un exploit. Mais il s'avère que l'objet en lui-même n'est pas simple: c'est un quasar qui présente des luminosités quasi périodiques tous les 12 ans environ. Ce fait a aidé les astronomes à identifier sa nature extrême.
Les quasars sont des disques d'accrétion extrêmement brillants dans les noyaux de galaxies, entraînés par une quantité abondante de matière emprisonnée au centre d'un trou noir supermassif. On pense que la grande majorité des galaxies contiennent des trous noirs supermassifs. Certes, les galaxies modernes se sont calmées et les quasars ne brillent plus. Mais c’est une histoire complètement différente pour les galaxies situées à des milliards d’années lumière de la Terre.
L'objet au centre d'un étrange quasar appelé OJ287 «pèse» environ 18 milliards de masses solaires et constitue l'un des plus grands trous noirs supermassifs (ou ultramassifs) de l'univers connu. Il est intéressant de noter que c’est également l’un des quasars les plus étudiés, car il est situé à proximité du trajet visible du Soleil dans le ciel, vu de la Terre - une zone où des recherches historiques d’astéroïdes et de comètes sont régulièrement effectuées. Ainsi, par chance, les astronomes ont plus de 100 ans d'observation des données de luminosité de l'OJ287, ce qui leur permet de prédire quand les moments de flamme suivants vont se produire. En examinant de plus près les événements lumineux survenus au cours des dernières décennies, les astronomes ont compris qu’au lieu d’un simple éclaircissement qui se produit tous les 12 ans, la clarification correspond en réalité à un double sommet, ce qui permet de comprendre ce qui pourrait en être la cause.
Mauri Valtonen de l'Université de Turku, en Finlande, et son équipe internationale ont utilisé plusieurs télescopes optiques du monde entier en conjonction avec le télescope à rayons X SWIFT (SWIFT) de la NASA pour comprendre que ces doubles éclairs datant de 12 ans sont causés par un plus petit trou noir tournant autour de l'OJ287. Valtonen est l'auteur principal d'une étude publiée dans Astrophysical Journal (Journal of Astrophysicists).
Un trou noir massif a un disque d’accrétion très chaud - un élément clé d’un quasar. Le matériau s’accumule dans le disque et est aspiré dans le trou noir. En cours de route, le matériau du disque se réchauffe et émet un puissant rayonnement électromagnétique. Le plus petit trou noir et partenaire OJ287, qui pèse lui aussi 100 masses solaires (encore un énorme trou noir!), Dont l’orbite est très allongée, se rapproche d’un trou noir plus massif tous les 12 ans. Au cours de l'approche la plus rapprochée, le plus petit trou noir "éclabousse" le disque d'accrétion OJ287 pendant le sifflement et à nouveau lorsqu'il bascule autour de l'extrémité du trou noir, créant ainsi deux incinérations différentes, comme le montre ce diagramme:
Illustration du système binaire du trou noir dans OJ287. Les prédictions du modèle sont vérifiées par des observations.
Cette quasi-collision périodique chauffe le matériau d'accumulation d'un disque de trou noir supermassif, en le chauffant rapidement deux fois de suite. C’est ce qui provoque des éclairs étranges (lueur) dans OJ287 tous les 12 ans. Ayant obtenu ce modèle de double trou noir, les chercheurs ont pu prédire quand le dernier événement aurait dû se produire. La dernière illumination a eu lieu le 18 novembre 2015, quelques jours à peine avant les prévisions de Valtonen, confirmant ainsi le modèle à deux trous de son équipe. Mais à l'aide de ces observations, la rotation d'un trou noir supermassif peut également être calculée et est rapide. Ces commandes montrent qu'il tourne à un tiers de la vitesse de la lumière.
Fait intéressant, sur la base des données historiques OJ287, l’équipe a également été en mesure de calculer la quantité d’énergie perdue du système en utilisant des ondes de gravité. Bien sûr, les ondes gravitationnelles sont actuellement un sujet très intrigant, car elles ont été découvertes pour la première fois grâce à LIGO le mois dernier. Cette découverte de LIGO a non seulement confirmé la théorie de la relativité générale d’Einstein, mais a également directement confirmé l’existence de 2 trous noirs fusionnant en un tout.
Bien que les ondes gravitationnelles OJ287 soient trop faibles pour être détectées à l'aide de la génération moderne de détecteurs d'ondes gravitationnelles (la source est trop éloignée), le 18 novembre, la clarification du quasar sert à corriger la théorie de Einstein, qu'il a présentée il y a près de cent ans le 25 novembre 1915.
