Nous sommes tous fascinés par trous noirs. Nous interrogeons les astronomes à leur sujet, nous les lisons dans les nouvelles et ils apparaissent dans les émissions de télévision et les films. Cependant, malgré toute notre curiosité pour ces bêtes cosmiques, nous ne savons toujours pas tout à leur sujet. Ils bafouent les règles en étant difficiles à étudier et à détecter. Les astronomes sont toujours en train de déterminer la mécanique exacte de la formation des trous noirs stellaires lorsque les étoiles massives meurent.
Tout cela est rendu plus difficile par le fait que nous n'avons pas vu de trou noir de près. S'en approcher (si nous le pouvions) serait très dangereux. Personne ne survivrait même à un coup de pinceau avec l'un de ces monstres de haute gravité. Les astronomes font donc ce qu'ils peuvent pour les comprendre à distance. Ils utilisent lumière (émissions visibles, radiographiques, radio et ultraviolettes) qui proviennent de la région autour du trou noir pour faire des déductions très astucieuses sur sa masse, son spin, son jet et d'autres caractéristiques. Ensuite, ils introduisent tout cela dans des programmes informatiques conçus pour modéliser l'activité des trous noirs. Les modèles informatiques basés sur des données d'observation réelles des trous noirs les aident à simuler ce qui se passe aux trous noirs, en particulier lorsque l'on engloutit quelque chose.
Ce qu'un modèle informatique nous montre
Disons que quelque part dans l'univers, au centre d'une galaxie comme notre propre voie lactée, il y a un trou noir. Soudain, un flash intense de radiation s'évase de la zone du trou noir. Que s'est-il passé? Une étoile voisine a erré dans le disque d'accrétion (le disque de matériau en spirale dans le trou noir), a traversé l'événement horizon (le point gravitationnel de non-retour autour d'un trou noir), et est déchiré par l'intensité gravitationnelle intense tirer. Les gaz stellaires s'échauffent lorsque l'étoile est déchiquetée. Ce flash de rayonnement est sa dernière communication avec le monde extérieur avant d'être perdu à jamais.
La signature radiologique révélatrice
Ces signatures de rayonnement sont des indices importants de l'existence même d'un trou noir, qui ne dégage aucun rayonnement propre. Tout le rayonnement que nous voyons provient des objets et des matériaux qui l'entourent. Ainsi, les astronomes recherchent les signatures de rayonnement révélatrices de la matière engloutie par les trous noirs: les rayons X ou émissions radio, car les événements qui les émettent sont très énergétiques.
Après avoir étudié les trous noirs dans des galaxies éloignées, les astronomes ont remarqué que certaines galaxies s'éclaircissaient soudainement au niveau de leurs noyaux, puis diminuaient lentement. Les caractéristiques de la lumière émise et du temps de diminution sont devenues des signatures de disques d'accrétion de trous noirs mangeant des étoiles proches et des nuages de gaz, dégageant un rayonnement.
Les données font le modèle
Avec suffisamment de données sur ces fusées au cœur des galaxies, les astronomes peuvent utiliser des superordinateurs pour simuler les forces dynamiques à l'œuvre dans la région autour d'un trou noir supermassif. Ce qu'ils ont trouvé nous en dit long sur le fonctionnement de ces trous noirs et la fréquence à laquelle ils illuminent leurs hôtes galactiques.
Par exemple, une galaxie comme notre voie Lactée avec son trou noir central pourrait engloutir en moyenne une étoile tous les 10 000 ans. La fusée de rayonnement d'une telle fête s'estompe très rapidement. Donc, si nous manquons le spectacle, nous ne le reverrons peut-être pas assez longtemps. Mais il existe de nombreuses galaxies. Les astronomes enquêtent le plus possible pour rechercher des explosions de radiations.
Dans les années à venir, les astronomes seront inondés de données provenant de projets tels que Pan-STARRS, GALEX, la Palomar Transient Factory et d'autres levés astronomiques à venir. Il y aura des centaines d'événements dans leurs ensembles de données à explorer. Cela devrait vraiment améliorer notre compréhension des trous noirs et des étoiles qui les entourent. Les modèles informatiques continueront de jouer un rôle important dans l'exploration des mystères persistants de ces monstres cosmiques.