Les goliaths cosmiques habitant au centre des galaxies sont des gloutons étonnamment voraces
Dans le contexte: Les trous noirs supermassifs font partie des phénomènes les plus extrêmes que l’homme ait découverts dans l’espace. Ils possèdent une masse de centaines de milliers, voire de millions, voire de milliards de fois celle du Soleil, et ils sont responsables de l’alimentation d’événements lumineux sans précédent appelés quasars.
Des chercheurs de l’Université Northwestern ont utilisé le supercalculateur Summit pour effectuer une simulation de « magnétohydrodynamique relativiste générale en 3D » d’un disque d’accrétion mince et incliné tournant autour d’un trou noir supermassif. Grâce au puissant système HPC situé au Oak Ridge National Laboratory, les scientifiques ont pu simuler un trou noir plus réaliste que jamais, découvrant ainsi de nouveaux phénomènes.
La théorie conventionnelle concernant les trous noirs supermassifs suggère qu’il s’agit d’entités célestes qui consomment progressivement du gaz et de la poussière sur des périodes mesurées en centaines, voire centaines de milliers d’années, comme l’affirment les chercheurs. Cependant, selon la nouvelle simulation, ce processus de consommation peut apparemment se produire en quelques mois seulement, ce qui correspond par coïncidence au délai requis pour les émissions actives des quasars.
La simulation 3D conçue par les scientifiques de l’Université Northwestern a montré qu’un trou noir en rotation déforme la région espace-temps environnante. Ce phénomène finira par déchirer le vortex tumultueux de gaz et de poussières qui entoure le trou noir, appelé disque d’accrétion. Le résultat final de ce processus de distorsion spatio-temporelle est la segmentation du disque d’accrétion en sous-disques interne et externe, alimentant par la suite le comportement d’alimentation ultra-rapide décrit dans la nouvelle recherche.
La singularité au centre du trou noir consomme initialement l’anneau intérieur, selon les chercheurs. Par la suite, les débris des disques extérieurs se déversent vers l’intérieur pour combler le vide laissé par l’anneau intérieur désormais consommé, permettant ainsi au processus de consommation de se répéter. Un seul cycle de ce processus manger-remplir-manger sans cesse répété ne prend que quelques mois, affirment les scientifiques. Cette échelle de temps est incroyablement rapide par rapport aux prévisions théoriques précédentes.
Cette nouvelle simulation pourrait éclairer le comportement de certains des objets les plus brillants observés dans l’univers, comme les quasars. Ces objets quasi-stellaires peuvent devenir aussi lumineux que la lumière combinée de toutes les étoiles de leur galaxie hôte, pour ensuite disparaître « sans explication » après quelques mois. Nick Kaaz, qui a dirigé l’étude de Northwestern, souligne que la théorie classique du disque d’accrétion prédit une évolution très lente du disque entourant un trou noir.
Cependant, explique Kaaz, certains quasars subissent un changement de luminosité plus spectaculaire au fil des mois ou des années. Les fluctuations rapides de luminosité observées dans les quasars s’alignent sur les disques multicouches et leurs interactions physiques complexes observées grâce à la nouvelle simulation de trou noir.
