Les trous noirs de taille moyenne mangent des étoiles « comme des petits bébés en désordre », selon une nouvelle étude

S’il existe des trous noirs de masse intermédiaire, ils dévoreraient probablement les étoiles errantes comme un bambin en désordre – en prenant quelques bouchées puis en jetant les restes à travers la galaxie – selon une nouvelle étude dirigée par la Northwestern University.

Dans une nouvelle simulation informatique en 3D, les astrophysiciens ont modélisé des trous noirs de masses variables, puis ont projeté des étoiles (de la taille de notre soleil) devant eux pour voir ce qui pourrait arriver.

Les chercheurs ont découvert que lorsqu’une étoile s’approche d’un trou noir de masse intermédiaire, elle reste initialement bloquée sur l’orbite du trou noir. Ensuite, le trou noir entame son long et violent repas. Chaque fois que l’étoile fait un roulement, le trou noir prend une bouchée, éloignant davantage l’étoile à chaque passage. À la fin, il ne restait plus que le noyau incroyablement dense et déformé de l’étoile.

À ce stade, le trou noir éjecte les restes. Les restes de l’étoile volent en toute sécurité à travers la galaxie.

Non seulement ces nouvelles simulations indiquent les comportements inconnus des trous noirs de masse intermédiaire, mais elles fournissent également aux astronomes de nouveaux indices pour aider enfin à identifier ces géants qui se cachent dans le ciel nocturne.

« De toute évidence, nous ne pouvons pas observer directement les trous noirs car ils n’émettent pas de lumière », a déclaré Fulya Kyroglu de Northwestern, qui a dirigé l’étude. Nous devons donc plutôt examiner les interactions entre les trous noirs et leur environnement. Nous constatons que les étoiles passent par plusieurs passages avant d’être éjectées. Après chaque passage, elles perdent plus de masse, provoquant un goût de lumière lorsqu’elles sont déchirées. . Chacun brille plus fort que le précédent. , créant une signature qui peut aider les astronomes à le trouver. »

Kiroglu présentera cette recherche lors de la partie virtuelle de la réunion de l’American Physical Society (APS) en avril. Journal astrophysique étude avant publication.

Alors que les astrophysiciens ont prouvé l’existence de trous noirs de masse faible et élevée, les trous noirs de masse intermédiaire sont restés insaisissables. Les trous noirs restants sont formés à partir d’étoiles lors de l’effondrement des supernovae et ont une masse d’environ 3 à 10 fois celle de notre soleil. À l’autre extrémité du spectre se trouvent des trous noirs supermassifs, qui se cachent au centre des galaxies, des millions à des milliards de fois la masse de notre soleil.

S’ils existent, les trous noirs de masse intermédiaire se situeraient quelque part au milieu – 10 à 10 000 fois plus massifs que les trous noirs stellaires restants, mais pas aussi massifs que les trous noirs supermassifs. Bien que ces trous noirs de masse intermédiaire devraient théoriquement exister, les astrophysiciens doivent encore trouver des preuves observationnelles irréfutables.

« Leur existence fait toujours l’objet de débats », a déclaré Kyroglu. « Les astrophysiciens ont découvert des preuves de son existence, mais ces preuves peuvent souvent être expliquées par d’autres mécanismes. Par exemple, ce qui semble être un trou noir de masse intermédiaire peut en fait être une accrétion de trous noirs de masse stellaire. »

Pour explorer le comportement de ces objets insaisissables, Kiroglu et son équipe ont développé de nouvelles simulations hydrodynamiques. Tout d’abord, ils ont créé un modèle d’étoile composé de nombreuses particules. Ensuite, ils ont envoyé l’étoile vers le trou noir et ont calculé la force gravitationnelle agissant sur les particules à mesure qu’elles s’approchaient de l’étoile.

« Nous pouvons calculer précisément quelle particule est attachée à l’étoile et quelle particule est cassée (ou n’est plus associée à l’étoile) », a déclaré Kiroglu.

Grâce à ces simulations, Kiroglu et son équipe ont découvert que les étoiles peuvent orbiter autour d’un trou noir de masse intermédiaire jusqu’à cinq fois avant d’être finalement éjectées. A chaque passage autour du trou noir, l’étoile perd de plus en plus de sa masse à mesure qu’elle se déchire. Le trou noir expulse alors les débris – se déplaçant à des vitesses vertigineuses – hors de la galaxie. Le motif répétitif créera un spectacle de lumière époustouflant qui aidera les astronomes à identifier les trous noirs de masse intermédiaire et à prouver leur existence.

« C’est incroyable que l’étoile n’ait pas été complètement déchirée », a déclaré Kyroglu. « Certaines étoiles peuvent avoir de la chance et survivre à l’événement. La vitesse d’éjection est si élevée que ces étoiles peuvent être identifiées comme des étoiles à hypervitesse, qui sont observées au centre des galaxies. »

Ensuite, Kiroglu prévoit de simuler différents types d’étoiles, y compris des étoiles géantes et des étoiles binaires, pour explorer leurs interactions avec les trous noirs.