Nous avons vu la cascade de matière plonger dans un trou noir
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Une étrange zone autour des trous noirs appelée « région plongeante » a été repérée pour la première fois. Cette zone, où la matière cesse de tourner autour d’un trou noir et tombe directement dedans, a été prédite par la théorie d’Albert Einstein. relativité générale, mais cela n’a jamais été observé auparavant. L’étude des régions en plongée pourrait nous apprendre comment les trous noirs se forment et évoluent, ainsi que révéler de nouvelles informations sur la nature fondamentale de l’espace-temps.
Lorsqu’une matière s’approche trop près d’un trou noir, elle se déchire et forme autour d’elle un anneau en orbite appelé un anneau. disque d’accrétion. La relativité générale prédit qu’il devrait y avoir une limite intérieure au disque d’accrétion au-delà de laquelle rien ne peut orbiter autour du trou noir – au lieu de cela, il devrait plonger directement dedans, accélérant rapidement pour se rapprocher de la vitesse de la lumière lorsqu’il tombe.
« C’est comme une rivière qui se transforme en cascade, et jusqu’à présent nous n’avons regardé que la rivière », dit Andrew Mummery à l’Université d’Oxford. « Si Einstein avait tort, alors tout serait stable jusqu’au bout – il n’y aurait qu’une rivière. » Nous avons maintenant un premier aperçu de la cascade, ce qui suggère qu’Einstein avait raison.
Mummery et ses collègues ont repéré des preuves de la région plongeante autour d’un trou noir dans un système binaire appelé MAXI J1820+070, situé à environ 10 000 années-lumière de la Terre. Ils ont utilisé les données du Nuclear Spectroscopique Telescope Array (NuSTAR), un télescope à rayons X basé dans l’espace, pour construire des modèles de la lumière provenant du disque d’accrétion du trou noir.
Ils ont constaté que les modèles ne correspondaient aux données que lorsqu’ils incluaient la lumière émise par la matière dans la région de plongée en plus de la lumière du disque d’accrétion. « Avant, nous pensions en quelque sorte que tout ce qui franchissait cette frontière n’aurait pas le temps de rayonner vraiment de manière significative avant de plonger dans le trou noir », de sorte que les chercheurs ne verraient rien, explique Greg Salvesen au Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique, qui n’a pas participé à ces travaux. « Mais il s’avère que cette région plongeante vous donne une lumière supplémentaire à laquelle vous ne vous attendriez pas. »
Cette lumière supplémentaire pourrait résoudre un problème de longue date en astronomie aux rayons X, dans lequel les trous noirs semblent tourner plus vite que ne le prédit la théorie. La rotation d’un trou noir et la luminosité de la zone qui l’entoure sont liées, donc l’ajout d’un peu de lumière supplémentaire pourrait ramener les rotations aux prévisions. « Les rotations des trous noirs nous renseignent sur toutes sortes de choses, donc si nous pouvions mieux les mesurer, nous pourrions répondre à de nombreuses questions en astrophysique », explique Salvesen.
Cela inclut des questions sur la nature de la gravité et de l’espace-temps lui-même, car les régions en plongée font partie des régions les plus extrêmes de l’espace que nous puissions observer. La région de plongée se trouve juste à l’extérieur de l’horizon des événements, au-delà duquel les forces gravitationnelles sont si fortes que aucune matière ni même la lumière ne peuvent s’échapper.
« Techniquement, si la matière avait une fusée, elle pourrait s’échapper de la région de plongée, mais elle est condamnée : son orbite est devenue instable et elle accélère rapidement vers la vitesse de la lumière », explique Mummery. « Ces choses ont autant de chances de revenir que l’eau d’une cascade. » Les chercheurs tentent désormais de faire davantage d’observations de ces étranges cascades cosmiques pour éclairer les conditions qui règnent dans ces zones extraordinaires.
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