mai 31, 2023

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La flexion gravitationnelle de la lumière révèle l’un des plus grands trous noirs jamais découverts

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Vue d’artiste d’un trou noir, dans laquelle le champ gravitationnel intense d’un trou noir déforme l’espace qui l’entoure. Cela déforme les images de la lumière d’arrière-plan, alignées presque directement derrière elle, en anneaux circulaires distincts. L’effet gravitationnel « lentille » fournit une méthode d’observation pour déduire l’existence de trous noirs et mesurer leur masse, en fonction de l’importance de la courbure de la lumière. Le télescope spatial Hubble cible les galaxies lointaines dont la lumière passe très près des centres des galaxies imbriquées au premier plan, qui devraient héberger des trous noirs supermassifs plus d’un milliard de fois la masse du Soleil. Crédit image : ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann

Une équipe d’astronomes a découvert l’un des plus grands trous noirs jamais découverts, profitant d’un phénomène appelé lentille gravitationnelle.

L’équipe, dirigée par l’Université de Durham au Royaume-Uni, a utilisé la lentille gravitationnelle – où une galaxie de premier plan plie et amplifie la lumière d’un objet distant – et des simulations de superordinateur à l’installation DiRAC HPC, ce qui a permis à l’équipe d’examiner de près comment la lumière est courbée par un trou noir dans une galaxie, à des centaines de millions d’années-lumière de la Terre.

Ils ont trouvé un trou noir supermassif, un objet de plus de 30 milliards de fois la masse de notre Soleil, dans la galaxie de premier plan, une échelle rarement vue par les astronomes.

Il s’agit du premier trou noir découvert à l’aide de cette technique, car l’équipe simule la lumière traversant l’univers des centaines de milliers de fois. Chaque simulation comprend un trou noir de masse différente, qui modifie le trajet de la lumière vers la Terre.

Lorsque les chercheurs ont inclus un trou noir supermassif dans l’une de leurs simulations, le chemin emprunté par la lumière de la galaxie lointaine pour atteindre la Terre correspondait au chemin observé sur les images réelles prises par le télescope spatial Hubble.

Les résultats ont été publiés aujourd’hui dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Une vidéo montrant comment les astronomes ont utilisé la lentille gravitationnelle pour découvrir un trou noir de 30 milliards de fois la masse du Soleil dans une galaxie à 2 milliards d’années-lumière. Crédit : Université de Durham

L’auteur principal, le Dr James Nightingale, du département de physique de l’Université de Durham, a déclaré: « Ce trou noir particulier, d’environ 30 milliards de fois la masse de notre Soleil, est l’un des plus grands jamais découverts et à la limite supérieure de notre taille. Nous pense que les trous noirs peuvent devenir un théoricien, c’est donc une découverte très excitante. »

La lentille gravitationnelle se produit lorsque le champ gravitationnel d’une galaxie de premier plan semble courber la lumière d’une galaxie d’arrière-plan, ce qui signifie que nous le remarquons plus souvent.

Comme une véritable lentille, celle-ci agrandit également la galaxie d’arrière-plan, permettant aux scientifiques de l’étudier avec plus de détails.

Image fixe vidéo – trou noir – géométrie de la lentille. Crédit : Université de Durham
Image fixe vidéo – trou noir – image observée. Crédit : Université de Durham

Le Dr Nightingale a déclaré: « La plupart des grands trous noirs que nous connaissons sont dans un état actif, où la matière attirée près du trou noir se réchauffe et libère de l’énergie sous forme de lumière, de rayons X et d’autres radiations. »

Cependant, la lentille gravitationnelle permet d’étudier les trous noirs inactifs, ce qui n’est actuellement pas possible dans les galaxies lointaines.Cette approche pourrait nous permettre de détecter beaucoup plus de trous noirs en dehors de notre univers local et de révéler comment ces objets exotiques ont évolué dans le temps cosmique. .”

L’étude, qui implique également l’institut allemand Max Planck, ouvre la possibilité intrigante que les astronomes puissent découvrir des trous noirs inactifs et plus massifs qu’on ne le pensait auparavant, et étudier comment ils deviennent si massifs.

L’histoire de cette découverte même a commencé en 2004 lorsque son collègue astronome de l’Université de Durham, le professeur Alastair Edge, a remarqué un arc géant d’une lentille gravitationnelle lors de l’examen d’images SGS.

Image fixe vidéo – trou noir – masse entière. Crédit : Université de Durham
Image fixe vidéo d’un trou noir supermassif supermassif. Crédit : Université de Durham
Image fixe vidéo d’un trou noir – très faible masse. Crédit : Université de Durham

Avance rapide de 19 ans et avec l’aide de quelques images haute résolution du télescope Hubble de la NASA et des installations de supercalculateur DiRAC COSMA8 de l’Université de Durham, le Dr Nightingale et son équipe ont pu revoir cela et l’explorer plus avant.

L’équipe espère qu’il s’agit de la première étape permettant une exploration plus approfondie des mystères des trous noirs, et que les futurs télescopes à grande échelle aideront les astronomes à étudier les trous noirs distants pour en savoir plus sur leur magnitude et leur taille.

Plus d’information:
James Nightingale et al., Abell 1201 : Détection d’un trou noir supermassif dans une forte lentille gravitationnelle, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2023). DOI : 10.1093/mnras/stad587

Informations sur la revue :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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