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De l’autre côté

Léa Fornason

21042021 à 8h00

6 minutes de lecture

Les participants

Deux trous noirs supermassifs en orbite: c’est ce que la NASA a pu reproduire le 15 avril 2021 avec une vidéo utilisant le supercalculateur du Climate Simulation Center. On peut voir les distorsions et distorsions des disques lumineux qui les entourent, que l’on appelle l’accrétion disques.

Lorsque le plus grand trou noir (rouge) passe derrière le plus petit trou (bleu), son image est déformée par la lentille gravitationnelle.

Une représentation de deux trous noirs supermassifs en orbite a été produite: le plus grand, représenté en rouge, pèse 200 millions de masses solaires tandis que la petite moitié en bleu pèse « seulement » la moitié qui semblent danser ensemble en tournant et déformant le la lumière autour d’eux, émise par les disques d’accrétion spéciaux Leur La vidéo, produite par Jeremy Schnittman, astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, fait suite à une autre vidéo fournie par la NASA en 2019 montrant un seul trou noir sous différents angles. Elles durent environ trois minutes, ce qui permet de visualiser de manière particulièrement impressionnante ces distorsions lorsqu’un trou noir passe devant l’autre.

Les trous noirs sont des corps célestes si denses et massifs que rien ne peut leur échapper, pas même la lumière Lorsqu’une étoile se rapproche suffisamment d’un trou noir, sa matière se déchire sous l’influence de la force de gravité et les vents tournent progressivement autour du trou noir, puis prennent la forme d’un disque rotatif que nous appelons le disque d’accrétion Toute matière se décompose et se réchauffe de sorte qu’elle n’est rien de plus qu’un gaz chaud qui circule très rapidement autour du trou noir, car elle est lentement absorbée.

La première simulation réalisée par la NASA en 2019 a permis de modéliser un trou noir et son disque d’accrétion grâce aux données collectées du trou noir en M87 lorsque l’on se place sur le plan orbital, c’est-à-dire quand on regarde le trou noir du même plan que le disque d’accrétion, il prend une apparence distincte – Il est probablement familier car il ressemble à des lions Un trou dans le film de 2014 Interstellar, la force de gravité intense qui règne au cœur du trou noir déforme la lumière émise par le disque d’accrétion, de sorte qu’un observateur dans le plan orbital voit l’apparition de plusieurs cercles

Cet effet est dû à l’effet de la lentille gravitationnelle représentée par la relativité générale: les objets très massifs dans l’espace-temps sont pliés autour d’eux et peuvent ainsi convertir la lumière. Lorsqu’un objet très massif se trouve sur le chemin entre un observateur et une source lumineuse (par exemple, une étoile), il peut dévier la lumière émise de la même source et ainsi déformer l’image que l’observateur reçoit finalement, cet effet est ce qui donne l’aspect caractéristique du trou noir lorsqu’il est observé depuis le plan orbital: on peut voir à la fois la partie du disque devant le trou noir et la partie derrière car les rayons de lumière ont suffisamment dévié pour être visibles malgré son emplacement

Explication de l’émergence d’un trou noir depuis le plan orbitalCrédit: NASA Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman et Brian B Powell

Une autre particularité est liée à la luminosité du disque, qui semble asymétrique du fait de l’effet Doppler (voir image ci-dessus): le gaz incandescent sur le côté gauche du disque s’approche de nous à une vitesse proche de la vitesse de la lumière , le faisant paraître plus lumineux D’autre part, l’inverse est vrai: le matériau s’éloigne à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, ce qui fait que sa luminosité diminue du point de vue de l’observateur Ce contraste disparaît lorsque le disque est visualisé de l’avant (voir l’image ci-dessous)

Vue de face d’un trou noir CRÉDIT: NASA Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittmann et Brian P. Powell

Représenter avec succès un trou noir sous différents angles était un exploit, donc représenter les deux interactions nécessitait une énorme puissance de calcul. Jeremy Schnittmann a modélisé les trous noirs en calculant le chemin que chaque rayon de lumière a emprunté à leurs disques d’accrétion, en tenant compte des distorsions d’espace-temps provoqués par leurs masses et leurs mouvements Sur un ordinateur typique, les calculs pour créer la vidéo auraient pris environ une décennie Mais en utilisant le supercalculateur Discover du centre de simulation climatique de la NASA, les calculs n’ont pris qu’une journée et seulement 2% des 129000 processeurs de supercalculateurs!

Dans cette nouvelle vidéo, les disques d’accrétion contiennent différentes couleurs – rouge et bleu – et sont le premier choix pour faciliter la distinction entre les trous noirs, mais ils reflètent la réalité d’une manière ou d’une autre car le gaz plus chaud émet de la lumière plus proche de l’extrémité bleue du spectre Cependant, le matériau en orbite autour du plus petit trou noir subit des effets gravitationnels plus intenses, provoquant une élévation de sa température. Dans ce cas particulier, les émissions doivent être en UV: pas loin du bleu visible dans la vidéo «Nous voyons deux trous noirs supermassifs: un plus grand a 200 millions de masses solaires et un plus petit pèse la moitié de ce nombre», explique Jeremy Schnittman. «Ce sont les types de systèmes binaires de trous noirs dont nous pensons que les deux membres peuvent soutenir des disques d’accrétion pendant des millions d’années.

Capture d’écran vidéo: les deux trous noirs apparaissent ici de côté, soit dans le plan orbital. Crédit: NASA Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman et Brian P. Powell

La simulation prend en compte de nombreux effets physiques avec le plan orbital, on peut voir que lorsqu’un trou noir passe devant l’autre, le trou derrière lui prend la forme d’une série d’arcs, se déplaçant rapidement C’est l’effet de lentille gravitationnelle susmentionné: les rayons lumineux provenant du trou noir postérieur (en rouge) sont déviés par le champ gravitationnel du trou noir avant (en bleu)

Lorsque le plus grand trou noir, en rouge, passe derrière son plus petit partenaire, en bleu, son image est déformée par la lentille gravitationnelle. Crédit: NASA Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman et Brian B Powell

Un autre phénomène intéressant et plus subtil visible dans la vidéo est la diffraction relative: les trous noirs apparaissent plus petits lorsque vous vous approchez du spectateur et plus grands lorsque vous vous éloignez. Cet effet disparaît pendant la vue de face lorsqu’une nouvelle fonctionnalité est révélée: près du centre de chaque trou noir se trouve une image de l’autre (voir l’image ci-dessous), Schnittmann a expliqué: «L’un des aspects étonnants de cette nouvelle visualisation est sa nature similaire aux images produites par une lentille gravitationnelle.  » « Zoomer sur chaque trou noir révèle de multiples images de plus en plus déformées de son partenaire. »

Lorsqu’ils sont vus de face, les trous noirs semblent contenir une image déformée de leur compagnon au niveau du circuit d’éclairage le plus central.Crédit: Centre de vol spatial Goddard de la NASA / Jeremy Schnittmann et Brian B Powell

Les astronomes s’attendent à pouvoir détecter dans un proche avenir les ondes gravitationnelles – ondulations dans l’espace-temps – produites lorsque deux trous noirs supermassifs fusionnent dans un système similaire à celui dessiné par Schnittmann, puis l’orbite fusionne.

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Le trou noir
NASA

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Actualités – AR – Vidéo de la danse de deux trous noirs supermassifs en orbite

Source: https://www.sciencesetavenir.fr/espace/univers/une-video-reproduisant-la-danse-de-deux-trous-noirs-en-orbite_153555

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