septembre 26, 2022

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Les radiogalaxies en forme de X pourraient se former plus simplement que prévu

Une image fixe tirée d’une simulation 3D de l’évolution naturelle d’un jet en forme de X. Du gaz (rouge vif) tombe dans le trou noir, qui projette une paire de jets relativistes (bleu clair). Les jets se propagent verticalement et frappent le gaz environnant (rouge foncé). Les anciennes cavités (bleu foncé) s’élèvent en flottant à un angle par rapport aux jets de propagation verticale pour former une forme en X. Crédit : Aretaios Lalakos/Northwestern University

Lorsque les astronomes utilisent des radiotélescopes pour scruter le ciel nocturne, ils voient généralement des galaxies elliptiques, avec des jets jumeaux explosant de chaque côté du trou noir central supermassif. Mais de temps en temps – moins de 10% du temps – les astronomes peuvent découvrir quelque chose de spécial et de rare : une radiogalaxie en forme de X, avec quatre jets s’étendant loin dans l’espace.

Bien que ces mystérieuses radiogalaxies en forme de X aient déconcerté les astrophysiciens pendant deux décennies, une nouvelle étude de la Northwestern University donne un nouvel aperçu de la façon dont elles se sont formées – et c’est étonnamment simple. L’étude a également révélé que les radiogalaxies en forme de X pourraient être plus courantes qu’on ne le pensait auparavant.

L’étude sera publiée le 29 août dans Lettres du journal astrophysique. Il représente la première simulation d’accrétion de galaxies à grande échelle qui suit le gaz galactique loin de Trou noir géant Tout autour.

La vue volumétrique 3D de la densité montre l’évolution normale de la formation du jet en forme de X. La fusion du gaz forme un flux d’accrétion profond (rouge vif) au sein duquel on assiste à la formation d’un disque d’accrétion (jaune) alimentant le trou noir, qui libère une paire de jets relativistes (bleu clair), qui se propagent verticalement Le gaz environnant est choqué (rouge foncé). Les cavités plus anciennes (bleu foncé), amplifiées par l’activité antérieure des jets obliques, s’élèvent flottantes à un angle par rapport aux jets de propagation verticale et forment une morphologie de jet en forme de X. Crédit : Aretaios Lalakos/Northwestern University

Des conditions simples conduisent à un résultat chaotique

À l’aide de nouvelles simulations, les astrophysiciens du Nord-Ouest ont appliqué des conditions simples pour modéliser l’alimentation d’un trou noir supermassif, la composition organique de ses jets et Disque d’accumulation. Lorsque les chercheurs ont exécuté la simulation, des conditions simples ont conduit de manière organique et inattendue à la formation d’une galaxie radioactive en forme de X.

Étonnamment, les chercheurs ont découvert que la forme en X distinctive de la galaxie est causée par l’interaction entre les jets et le gaz tombant dans le trou noir. Au début de la simulation, la chute de gaz a dévié les jets nouvellement formés, qui se sont allumés et éteints, vacillant et gonflant des paires de cavités dans différentes directions pour ressembler à une forme en X. Cependant, les jets sont finalement devenus assez puissants pour propulser le gaz. À ce stade, les jets se sont stabilisés, ont cessé de vaciller et se sont propagés le long d’un axe.

« Nous avons constaté que même avec de simples conditions initiales identiques, vous pouvez obtenir un résultat complètement chaotique », a déclaré Aretaios Lalacos de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « L’explication courante des radiogalaxies en forme de X est que deux galaxies entrent en collision, provoquant la collision de leurs galaxies supermassives. trous noirs fusionner, ce qui modifie la rotation du trou noir restant et la direction du jet. Une autre idée est que la forme de l’avion change lorsqu’il interagit avec le gaz massif entourant un trou noir supermassif isolé. Maintenant, nous avons révélé, pour la première fois, que les radiogalaxies en forme de X peuvent, en fait, se former de manière beaucoup plus simple. « 

Lalacos est étudiant diplômé au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du Centre interdisciplinaire d’exploration et de recherche en astrophysique (CIERA). Il a été co-encadré par l’auteur co-chercheur Sasha Chekovskoye, professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’Université Northwestern et membre senior du CIERA, et Or Gottlieb, boursier postdoctoral au CIERA.

forme transversale en X

Bien que les radiogalaxies émettent lumière visible, ils comprennent également de vastes zones de radiodiffusion. La radiogalaxie la plus célèbre est peut-être M87, l’une des galaxies les plus massives de l’univers, qui est devenue encore plus populaire en 2019 lorsque le télescope Event Horizon a imagé le trou noir supermassif central. Les radiogalaxies en forme de X, inventées pour la première fois en 1992, représentent moins de 10 % de toutes les radiogalaxies.

Lorsque Lalakos a entrepris de concevoir un trou noir, il ne s’attendait pas à simuler une galaxie en forme de X. Au lieu de cela, il visait à mesurer la masse que le trou noir consommerait. Il a inséré des conditions astronomiques simples dans la simulation et l’a laissée fonctionner. Lalakos n’a pas réalisé au départ l’importance de la forme en X émergente, mais Tchekhovskoy a répondu avec un enthousiasme enthousiaste.

« Il a dit : ‘Mec, c’est très important !’ « Il m’a dit que les astronomes avaient remarqué cela dans la vraie vie et ne savaient pas comment cela s’était formé. Nous l’avons fait d’une manière sur laquelle personne n’avait jamais spéculé. »

Dans les simulations précédentes, d’autres astronomes ont tenté de créer artificiellement des structures en forme de X afin d’étudier leur apparence. Mais le mimétisme de Lalacos a conduit organiquement à la forme en X.

« Dans ma simulation, j’ai essayé de ne rien supposer », a déclaré Lalacos. « Habituellement, les chercheurs placeraient un trou noir au milieu d’une grille simulée et placeraient autour de lui un grand disque gazeux qui s’était déjà formé, puis ils pourraient ajouter du gaz environnant à l’extérieur du disque. Dans cette étude, la simulation commence sans disque , mais bientôt l’un d’eux se forme lorsque le gaz en rotation s’approche du trou noir. Ensuite, ce disque alimente le trou noir et crée des jets. J’ai fait les hypothèses les plus simples possibles, donc le résultat a été une surprise. C’est la première fois que quelqu’un a vu Morphologie de formation de X dans des simulations à partir de conditions initiales très simples. »

« Je n’ai pas la chance de les voir »

Étant donné que la forme en X n’est apparue qu’au début de la simulation – jusqu’à ce que les jets se solidifient et se stabilisent – Lalakos pense que la radio en forme de X galaxies Ils peuvent apparaître plus fréquemment, mais durent très peu de temps, plus dans l’univers qu’on ne le pensait auparavant.

« Cela peut survenir chaque fois que le trou noir reçoit un nouveau gaz et recommence à manger », a-t-il déclaré. « Donc, cela peut arriver fréquemment, mais nous n’aurons peut-être pas la chance de le voir car cela ne se produit que tant que la force du jet est trop faible pour repousser le gaz. »

Ensuite, Lalakos prévoit de continuer à exécuter des simulations pour mieux comprendre à quoi ressemblent ces formes en X. Il cherche à expérimenter la taille des disques d’accrétion et la rotation des trous noirs centraux. Dans d’autres simulations, Lalakos a inclus des disques cumulatifs qui étaient presque inexistants jusqu’à ce qu’ils atteignent des tailles extrêmement grandes, dont aucun n’a abouti à la forme insaisissable en X.

« Pour la majeure partie de l’univers, il est impossible de zoomer directement au centre et de voir ce qui se passe près du trou noir », a déclaré Lalacos. « Et même les choses que nous pouvons observer, nous sommes limités dans le temps. Si un trou noir supermassif s’est déjà formé, nous ne pouvons pas suivre son évolution car la durée de vie humaine est trop courte. Dans la plupart des cas, nous nous appuyons sur des simulations pour comprendre ce qui se passe ». près du trou noir. »

L’étude s’intitule « Bridging the Bondi and Event Horizon Scales: 3D GRMHD Simulations Reveal X-shaped Radio Morphology ».


NGC 541 alimente une galaxie irrégulière dans une nouvelle image Hubble


Plus d’information:
Pont entre les échelles de Bondi et l’horizon des événements : les simulations 3D GRMHD révèlent la morphologie d’une radiogalaxie en forme de X, Lettres du journal astrophysique (2022). iopscience.iop.org/article/10. …847/2041-8213/ac7bed sur moi Arxiv: arxiv.org/abs/2202.08281

la citation: Les radiogalaxies en forme de X pourraient se former plus simplement que prévu (29 août 2022) Extrait le 31 août 2022 de https://phys.org/news/2022-08-x-shaped-radio-galaxies-simply.html

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