L’image de la simulation DCBH montre la densité (à gauche) et la température (à droite) d’une galaxie ancienne. On peut voir des ondes de choc de supernovae s’étendre à partir du centre, ce qui entraîne la destruction et le réchauffement de la galaxie.
Les trous noirs se forment lors de la mort d'une étoile, ce qui permet à la matière de se transformer en un objet extrêmement dense, à partir duquel même la lumière ne peut pas s'échapper. Les scientifiques pensent que des trous noirs énormes peuvent être créés à la naissance d’une galaxie, mais personne n’a été en mesure de regarder dans un passé lointain pour observer les conditions d’un effondrement direct des trous noirs (DCBH).
Le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu pour 2021, aura l’occasion d’examiner l’Univers naissant pour observer une galaxie avec un trou noir massif et naissant. Nous avons maintenant une simulation créée par des chercheurs du Georgia Institute of Technology. Cela montre ce qu'il faut rechercher dans les prochains examens de DCBH.
La première simulation suppose que la formation de tels trous noirs s'accompagnera de types particuliers de radiations intenses, notamment de rayons X et UV, qui se déplacent vers la lumière infrarouge à l'approche du télescope. Il était également surprenant que les trous noirs puissent créer des étoiles géantes sans métaux. Au centre de nombreuses grandes galaxies se trouvent des trous noirs supermassifs, dont le processus de formation et de croissance n'a pas pu être observé. Par conséquent, une hypothèse est apparue qu'ils auraient pu apparaître à la naissance galactique. Ensuite, la formation de DCBH serait initiée par l’effondrement d’un grand nuage de gaz lors de la création de la galaxie. Mais il est important de comprendre ce qu’il faut rechercher exactement dans le spectre à l’aide du futur télescope.
La création d'un trou noir peut prendre un million d'années. Le supercalculateur Stampede a permis de lancer une simulation axée sur les effets de la formation de DCBH. La modélisation a été basée sur les premiers principes physiques, tels que la gravité, le rayonnement et l'hydrodynamique.
Une image simulée avec un rayonnement UV montre comment un gaz chauffé forme une spirale dans un trou noir central
Si une galaxie est d'abord formée, puis un trou noir au centre, un type de signature doit apparaître. Mais que se passe-t-il si le trou noir vient en premier? Les scientifiques voulaient savoir s’attendre à d’autres différences physiques. La simulation a dérivé des informations sur la densité et la température pour prédire ce que le télescope verra exactement.
Les trous noirs mettent environ un million d’années à se former. Dans la simulation DCBH, la première étape implique l’effondrement du gaz en une étoile supermassive (100 000 fois plus massive que le Soleil). L'étoile subit alors une instabilité gravitationnelle et s'effondre en elle-même, créant un trou noir massif. La radiation des trous noirs déclenche la formation d'étoiles sur une période de 500 000 ans. Les étoiles de la première génération semblent être plus massives, car elles vivent beaucoup moins. Au cours des premiers 5 à 6 millions d'années, elles explosent en tant que supernovae. Après cela, le trou noir se calme, ce qui conduit à une confrontation entre les rayons électromagnétiques et sa propre gravité. Ces cycles couvrent encore 20-30 millions d'années.
Les trous noirs sont fréquents dans l'espace. Les scientifiques espèrent donc qu'un nombre suffisant d'images vous permettra d'attraper l'un de ces types. Ainsi, il sera possible de comprendre plus profondément le processus d'évolution galactique.
Les chercheurs ont été surpris par la formation d'étoiles autour de DCBH, mais rétrospectivement, cela semble logique. L'ionisation créée conduira à des réactions photochimiques capables de déclencher une naissance stellaire. C’est l’une des grandes énigmes universelles. Les chercheurs espèrent que leurs travaux déboucheront sur des réponses attendues depuis longtemps.
