Lorsqu’un jet s’échappe d’une étoile qui s’effondre, il se transforme en un cocon de débris stellaires. Crédit : Ore Gottlieb/CIERA/Northwestern University
Jusqu’ici, ondes gravitationnelles Ils n’ont été découverts que par des astrophysiciens à partir de systèmes binaires – fusions de deux trous noirs, de deux étoiles à neutrons ou d’une de chaque. En théorie, il devrait être possible de détecter les ondes gravitationnelles émises par une seule source non binaire, mais de tels signaux insaisissables n’ont pas encore été détectés.
Aujourd’hui, des chercheurs de la Northwestern University suggèrent que ces signaux insaisissables peuvent être recherchés dans une zone nouvelle, inattendue et totalement inexplorée : les cocons turbulents et vibrants de débris qui entourent les étoiles massives mourantes.
Pour la première fois, des chercheurs ont utilisé des simulations de pointe pour montrer que ces cocons peuvent émettre des ondes gravitationnelles. Contrairement aux jets de rayons gamma, les ondes gravitationnelles des nymphes doivent se situer dans la gamme de fréquences utilisée par l’observatoire de l’interféromètre laser à ondes gravitationnelles (légo) peut être détecté.
« À ce jour, LIGO n’a détecté que des ondes gravitationnelles provenant de systèmes binaires, mais un jour, il détectera la première source non binaire d’ondes gravitationnelles », a déclaré Orr Gottlieb de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Les cocons sont l’un des premiers endroits où nous devons rechercher ce type de source. »
Gottlieb a récemment présenté la recherche lors d’une conférence de presse virtuelle lors de la 242e réunion de l’American Astronomical Society.
La nouvelle source « était impossible à ignorer »
Pour mener l’étude, Gottlieb et ses collaborateurs ont utilisé de nouvelles simulations de pointe pour modéliser l’effondrement d’une étoile massive. Lorsque des étoiles massives s’effondrent dans des trous noirs, elles peuvent créer de puissants jets (ou jets) de particules qui se déplacent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. La simulation de Gottlieb a modélisé ce processus – à partir du moment où une étoile s’effondre jusqu’à Trou noir jusqu’à ce que l’avion s’échappe.
Tout d’abord, il voulait voir si le disque d’accrétion qui se forme autour d’un trou noir pouvait émettre des ondes gravitationnelles détectables. Mais quelque chose d’inattendu continuait à émerger de ses données.
Evolution du jet cocon depuis la naissance par le trou noir jusqu’à la pénétration depuis l’étoile (la carte colorée est le logarithme de l’amplitude de la contrainte hors axe et le son reflète la fréquence GW). Crédit : Minerai Gottlieb/CIERA/Université du nord-ouest
« Quand j’ai calculé les ondes gravitationnelles à proximité du trou noir, j’ai trouvé une autre source qui a perturbé mes calculs – le cocon », a déclaré Gottlieb. « J’ai essayé de l’ignorer. Mais j’ai trouvé impossible de l’ignorer. Puis j’ai réalisé que le cocon était une source d’ondes gravitationnelles excitante. »
Lorsque les jets frappent les couches qui s’effondrent de l’étoile mourante, une bulle ou « cocon » se forme autour du jet. Les cocons sont des endroits turbulents, où les gaz chauds et les débris se mélangent au hasard et se dilatent dans toutes les directions à partir du jet. Gottlieb a expliqué que lorsque la bulle énergétique accélère hors du plan, elle perturbe l’espace-temps en créant une vague d’ondes gravitationnelles.
« Un jet tire profondément dans une étoile et se dirige ensuite vers l’évasion », a déclaré Gottlieb. « C’est comme lorsque vous percez un trou dans le mur. Le foret rotatif heurte le mur et des débris s’échappent du mur. Ce foret dégage de l’énergie matérielle. De même, le jet perce l’étoile, provoquant le réchauffement et le déversement de la matière de l’étoile. Ces débris forment les couches chaudes d’un cocon. »
Un appel à l’action pour regarder les cocons
Si les pupes génèrent effectivement des ondes gravitationnelles, a déclaré Gottlieb, LIGO devrait être en mesure de les détecter lors de ses prochaines exécutions. Les chercheurs recherchent généralement des ondes gravitationnelles à source unique provenant de sursauts gamma ou de supernovae, mais les astrophysiciens doutent de la capacité de LIGO à les détecter.
« Les jets et les supernovas sont des explosions très énergiques », a déclaré Gottlieb. Mais nous ne pouvons détecter les ondes gravitationnelles qu’à partir d’explosions asymétriques de fréquence plus élevée. Les supernovae sont sphériques et plus ou moins symétriques, de sorte que les explosions sphériques ne modifient pas la répartition équilibrée de la masse dans l’étoile pour émettre des ondes gravitationnelles. Les sursauts gamma durent des dizaines de secondes, donc la fréquence est très petite – inférieure à la gamme de fréquences par laquelle LIGO est affecté. »
Vue à 360° du cocon d’une étoile mourante (la carte colorée est l’amplitude de la déformation logarithmique). Crédit : Ore Gottlieb/CIERA/Northwestern University
Au lieu de cela, Gottlieb demande aux astrophysiciens de rediriger leur attention vers les cocons, qui sont asymétriques et hautement énergétiques.
« Notre étude est un appel à l’action pour que la société considère les pupes comme une source d’ondes gravitationnelles », a-t-il déclaré. « Nous savons également que les pupes émettent un rayonnement électromagnétique, elles peuvent donc être des événements multimessages. En les étudiant, nous pouvons en apprendre davantage sur ce qui se passe dans la partie la plus interne des étoiles, les propriétés des jets et leur propagation dans les explosions stellaires. »
Référence : « Mortalité stellaire fluide et turbulente : nouvelles sources d’ondes gravitationnelles LVK détectables » par Ore Gottlieb, Hiroki Nagakura, Alexander Tchekhovskoy, Priyamvada Natarajan, Enrico Ramirez-Ruiz, Sharan Banagiri, Jonatan Jacquemin-Ideicky, 20 Kaaz le Lettres du journal astrophysique. DOI : 10.3847/2041-8213/ace03a
Gottlieb est boursier CIERA au Centre d’exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Les co-auteurs de l’étude de l’Université Northwestern comprennent les professeurs Vicki Kalogera et Aleksandr Tchikovskoy, les boursiers postdoctoraux Sharan Panagiri et Jonathan Jacmin-Eddy et l’étudiant diplômé Nick Kaz.
L’étude a été soutenue par la National Science Foundation, Nasaet le programme Fermi Cycle 14 Guest Investigator. Ces simulations avancées sont rendues possibles par le sommet des supercalculateurs du Laboratoire national d’Oak Ridge du DOE et le supercalculateur Perlmutter du NERC grâce au prix ASCR Computational Time Leadership Challenge.
La Mars Society est sur le point de tenir sa conférence annuelle, en personne et en ligne, et vous pouvez regarder le tout virtuellement en vous inscrivant.
Vingt-sixième édition internationale Mars La conférence communautaire débute jeudi 5 octobre à l’Arizona State University à Tempe. La réunion comprend une liste d’orateurs qui parlent de sujets d’actualité Missions sur MarsTâches analogiques et plans pour l’avenir.
L’événement se déroulera quotidiennement jusqu’au dimanche (8 octobre) et les informations d’inscription seront disponibles Disponible sur cette page, gracieuseté de la Mars Society. Il y aura une diffusion en direct gratuite et accessible au public de l’événement, mais les inscrits pourront accéder aux événements en direct.
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« L’événement de cette année se concentrera sur le thème » Mars pour tous « », ont écrit les représentants de la Mars Society dans un communiqué. « Alors que l’intérêt mondial et le soutien du public pour les humains sur Mars augmentent, les défenseurs de cette entreprise – y compris la Mars Society – ont développé une série d’initiatives qui permettent aux membres du public d’en apprendre davantage sur, et même d’expérimenter, l’idée d’établissement humain. sur Mars. » Planète rouge. »
Des outils en ligne permettront aux participants virtuels de soumettre des questions aux intervenants, de se connecter avec d’autres participants et de regarder la diffusion en direct. Il y aura également une démonstration en direct de MarsVR, une plateforme de réalité virtuelle open source de la Mars Society « qui peut être utilisée pour des recherches et des formations sérieuses dans le but d’envoyer des humains sur Mars ».
Une nébuleuse rouge rosé occupe le devant de la scène dans une nouvelle image de l’Observatoire européen austral (ESO).
Le nuage en expansion de poussière et de gaz, connu sous le nom d’IC1284, est une émission nébuleuseUn nuage lumineux et diffus de gaz ionisé qui émet sa propre lumière. Cette nébuleuse en émission, au centre de l’image, brille en rouge à cause de l’activité une étoile Formation et fusion d’hydrogène dans la région.
« Sa lueur rose provient des électrons des atomes d’hydrogène : ils sont excités par le rayonnement des jeunes étoiles, mais perdent ensuite de l’énergie et émettent une certaine couleur ou longueur d’onde de lumière », ont déclaré les responsables de l’ESO. Il a dit dans un communiqué.
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Les astronomes ont photographié IC1284 à l’aide de la caméra grand champ de l’ESO, appelée OmegaCAM, sur le télescope d’enquête VLT (VST) en Observatoire du Paranal Au Chili. (VLT signifie « Very Large Telescope ».) Les nébuleuses sont composées d’énormes nuages de poussière et de gaz, qui alimentent le processus de formation de nouvelles étoiles. Sur la nouvelle image, la lueur rouge chaude d’IC1284 est entrecoupée d’étoiles scintillantes tout autour.
IC1284 est rejoint par deux nébuleuses à réflexion bleue, connues sous les noms de NGC6589 et NGC6590, situées dans le coin inférieur droit de la nouvelle image VST. Comparés aux nébuleuses par émission, les nuages de poussière interstellaire dans les nébuleuses par réflexion reflètent la lumière d’une ou plusieurs étoiles proches, créant la couleur bleue caractéristique observée.
« Poussière en réflexion nébuleuse « Les longueurs d’onde plus courtes et plus bleues sont préférentiellement diffusées par les étoiles proches, ce qui donne à ces nébuleuses leur étrange lueur », expliquent les responsables de l’ESO dans le communiqué. « C’est la même raison pour laquelle le ciel est bleu ! »
La nouvelle photo, publiée mardi 2 octobre, a été prise dans le cadre d’une initiative plus large organisée par elle. Éso, appelée VST H alpha Survey of the Southern Galactic Level and Swell (VPHAS+). L’enquête vise à observer les nébuleuses et les étoiles en lumière visible pour aider les astronomes à comprendre comment les étoiles naissent, vivent et meurent, selon le communiqué.
Représentation schématique du modèle de disque d’accrétion incliné. L’axe de rotation du trou noir est censé être droit de haut en bas dans cette illustration. La direction du jet est approximativement perpendiculaire au plan du disque. Le désalignement entre l’axe de rotation du trou noir et l’axe de rotation du disque fait tourner et projeter le disque. Crédit : Yuzhou Cui et al. (2023), Intouchable Lab@Openverse et Zhejiang Lab
Des chercheurs confirment la rotation de la galaxie massive M87 Le trou noir En surveillant l’oscillation dans son plan, à l’aide des données de deux décennies de radiotélescopes mondiaux. Cette découverte représente une avancée majeure dans l’étude des trous noirs.
Le trou noir supermassif au cœur de la galaxie M87, rendu célèbre par la première image de l’ombre d’un trou noir, a produit une autre première : il a été confirmé que les jets émanant du trou noir vacillaient, fournissant une preuve directe de l’existence du trou noir. Rotation.
Les trous noirs supermassifs, monstres des milliards de fois plus lourds que le soleil qui mangent tout ce qui les entoure, y compris la lumière, sont difficiles à étudier car aucune information ne peut s’échapper de l’intérieur. En théorie, il existe très peu de propriétés que nous pouvons espérer mesurer. Une propriété observable est la rotation, mais en raison des difficultés impliquées, il n’y a pas eu d’observations directes de la rotation du trou noir.
Deux décennies d’observations apportent des preuves
À la recherche de preuves de la rotation d’un trou noir, une équipe internationale a analysé les données d’observation de la galaxie M87 sur deux décennies. Située à 55 millions d’années-lumière en direction de la constellation de la Vierge, cette galaxie contient un trou noir 6,5 milliards de fois plus massif que le Soleil, le même trou noir qui a produit la première image de l’ombre d’un trou noir par le télescope Event Horizon ( ISE). ) en 2019. Le trou noir supermassif de M87 est connu pour avoir un disque d’accrétion, qui alimente le trou noir en matière, et un jet, dans lequel la matière est éjectée à proximité du trou noir à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
(Panneau supérieur) Cellule M87 à 43 GHz en moyenne tous les deux ans de 2013 à 2018. Les années correspondantes sont indiquées dans le coin supérieur gauche. Les flèches blanches indiquent l’angle de position du plan dans chaque sous-parcelle. (Panneau inférieur) Evolution observée de la tendance des jets entre 2000 et 2022. Les points verts et bleus ont été obtenus à partir d’observations aux fréquences 22 et 43 GHz. La ligne rouge représente une courbe sinusoïdale ajustée sur une période de 11 ans. Crédit : Yuzhou Cui et al. (2023)
L’équipe a analysé les données sur 170 périodes collectées par le réseau VLBI de l’Asie de l’Est (EAVN), le réseau de lignes de base très longues (VLBA), le réseau commun de KVN et VERA (KaVA) et le réseau presque mondial de l’Asie de l’Est vers l’Italie (EATING). ). Réseau VLBI Au total, plus de 20 radiotélescopes du monde entier ont contribué à cette étude.
Résultats et implications
Les résultats montrent que les interactions gravitationnelles entre le disque d’accrétion et la rotation du trou noir font osciller ou avancer la base du flux, de la même manière que les interactions gravitationnelles au sein du système solaire font bouger la Terre. L’équipe a réussi à relier la dynamique des flux au trou noir supermassif central, fournissant ainsi la preuve directe que le trou noir est effectivement en rotation. Le jet change de direction d’environ 10 degrés avec une précession de 11 ans, ce qui est cohérent avec les simulations théoriques du supercalculateur menées par ATERUI II à l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ).
« Nous sommes satisfaits de ce résultat important », déclare Yuzhou Cui, auteur principal de l’article résumant les recherches qu’elle a commencées en tant qu’étudiante diplômée au NAOJ avant de rejoindre le laboratoire du Zhejiang en tant que chercheuse postdoctorale. « Étant donné que le désalignement entre le trou noir et le disque est relativement faible et que la période de précession est d’environ 11 ans, une collecte de données à haute résolution permettant de suivre la structure de M87 sur deux décennies et une analyse complète sont nécessaires pour obtenir ce résultat. »
« Après avoir réussi à visualiser le trou noir de cette galaxie grâce à l’EHT, la question de savoir si ce trou noir tourne ou non est devenue le principal intérêt des scientifiques », explique le Dr Kazuhiro Hada du NAOJ. « Maintenant, l’anticipation s’est transformée en certitude. Ce monstrueux trou noir est déjà en train de tourner. »
« Il s’agit d’une percée scientifique passionnante qui a finalement été révélée grâce à des années d’observations conjointes menées par une équipe internationale de chercheurs de 45 institutions à travers le monde, travaillant ensemble comme une seule équipe », a déclaré le Dr Motoki Kino de l’Université Kogakuin, coordinateur du projet VLBI. pour l’Asie de l’Est. Groupe de travail sur la science des noyaux galactiques du réseau actif. « Nos données d’observation s’adaptant parfaitement à une simple courbe sinusoïdale nous apportent de nouvelles avancées dans notre compréhension du trou noir et du système à réaction. »
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Vérification de la rotation d’un trou noir supermassif.
Référence : « La buse à jet se connectant à un trou noir rotatif dans M87 » par Yucho Kuei, Kazuhiro Hada, Tomohisa Kawashima, Motoki Kino, Weikang Lin, Yusuke Mizuno, Hyunwook Ru, Markei Honma, Kono Yi, Jintao Yu, Jongho Park, Wu Jiang, Zhiqiang Chen, Evgenia Kravchenko, Juan Carlos Algaba, Xiaoping Cheng, Eli Zhou, Gabriele Giovannini, Marcello Giroletti, Taehyun Jung, Ru Sin Lu, Kotaro Ninuma, Jungwan Oh, Ken Ohsuga, Satoko Sawada Satoh, Bong Won Son, Hiroyuki R . Takahashi, Meeko Takamura, Fumi Tazaki, Sasha Tripp, Kiyoaki Wajima, Kazunori Akiyama, Tao An, Keiichi Asada, Salvatore Botaccio, Do Young-byun, Lang Kui, Yoshiaki Hagiwara, Tomoya Hirota, Jeffrey Hodgson, Noriyuki Kawaguchi, Jae-Young Kim, Sang Song Lee, Ji-Won Lee, Jeong-Ae Lee, Giuseppe Maccaferri, Andrea Melis, Alexei Melnikov, Carlo Migoni, Si-Jin Oh, Koichiro Sugiyama, Xuezheng Wang, Yingkang Zhang, Chung Chen, Jo-Yun Hwang, Dong-Kyu Jung, Heo-Ryung Kim, Jeong Suk Kim, Hideyuki Kobayashi, Bin Li, Guangwei Li, Xiaofei Li, Xiong Liu, Qinghui Liu, Xiang Liu, Chung Sik Oh, Tomoaki Aoyama, Duke Jiu Ruo, Jinqing Wang, Na Wang, Xiqiang Wang, Bo Xia, Hao Yan, Jae-hwan Yum, Yoshinori Yonekura, Jianping Yuan, Hua Zhang, Rongping Zhao, Yi Zhong, 27 septembre 2023, nature. est ce que je: 10.1038/s41586-023-06479-6
