Matière noire pourrait fournir des supermassifs trous noirs les freins dont ils ont besoin pour s’écraser ensemble à la fin d’un long voyage en spirale vers leur destin.
Selon une nouvelle modélisation mathématique, une énigme connue sous le nom de problème du parsec final peut être résolue par la présence de particules en auto-interaction. matière noire qui restent regroupés autour de la trous noirsleur permettant de franchir la distance finale qui les sépare.
C’est une découverte qui suggère que la matière mystérieuse qui donne à l’Univers sa gravité supplémentaire doit donc être capable d’interagir avec elle-même, puisque le problème ne peut pas être résolu avec des modèles de matière noire non interactifs.
« Nous montrons que l’inclusion de l’effet jusqu’ici négligé de la matière noire peut aider les trous noirs supermassifs à surmonter ce dernier parsec de séparation et à fusionner », dit « Nos calculs expliquent comment cela peut se produire, contrairement à ce que l’on pensait auparavant », a expliqué le physicien Gonzalo Alonso-Álvarez de l’Université de Toronto et de l’Université McGill.
Situés au cœur des galaxies, les trous noirs supermassifs posent aux astronomes une énigme majeure. Nous savons que les trous noirs de plus petite taille se forment à partir des noyaux effondrés d’étoiles massives qui ont épuisé leur combustible de fusion et ont rendu l’âme. Ces trous noirs de plus petite taille sont des trous noirs qui se forment à partir des noyaux effondrés d’étoiles massives qui ont épuisé leur combustible de fusion et ont rendu l’âme. peut fusionner en de plus grands; le plus massif trou noir la fusion détectée à ce jour a produit un objet avec une masse équivalente à 142 soleils.
Les trous noirs supermassifs ont une masse de plusieurs millions à plusieurs milliards de fois supérieure à celle du Soleil. Il est raisonnable de supposer qu’ils peuvent atteindre cette taille en fusionnant avec d’autres trous noirs de la taille d’un monstre. Nous avons même repéré des trous noirs supermassifs des trous noirs qui tournent les uns autour des autres après que leurs galaxies aient fusionné, tout au long de l’histoire de l’Universapparemment sur une trajectoire de collision éventuelle.
Ce qui n’est pas clair, en revanche, c’est comment ces trous noirs supermassifs entrent en collision. Selon les modèles, lorsque les trous noirs supermassifs tournent autour d’eux, ils transfèrent leur énergie orbitale aux étoiles et au gaz qui les entourent, ce qui fait que leur orbite devient de plus en plus petite. À mesure que leur distance se réduit, la quantité de matière capable de leur voler leur élan diminue également.
Au moment où ils sont séparés d’environ un parsec (3,2 années-lumière), leur voisinage galactique ne peut plus supporter une désintégration orbitale supplémentaire, de sorte que l’orbite des trous noirs se stabilise pendant ce qui pourrait être une très longue période de temps. Combien de temps ? Eh bien, plus longtemps que l’Univers n’existe depuis au moins un certain temps.
Une façon de déterminer si des trous noirs supermassifs ont réellement fusionné dans le passé implique ondes gravitationnelles; de vastes ondulations dans la structure de l’espace-temps causées par de grandes masses lorsqu’elles changent de vitesse. Si des trous noirs supermassifs entrent en collision dans tout l’Univers, il devrait y avoir un « bourdonnement » de fond caractéristique d’ondes gravitationnelles de très basse fréquence qui ondulent constamment dans tout l’Univers.
Nous avons, enfin, détecté un bourdonnement d’onde gravitationnelle de fond. Ce qui suggère que nous oublions une partie cruciale de l’histoire de la collision des trous noirs supermassifs.
C’est le problème du parsec final.
La matière noire pourrait être ce qui nous manque. Pourtant, selon les modèles précédents de fusion de trous noirs supermassifs, leur interaction gravitationnelle devrait également éjecter les particules de matière noire du système, qui pourraient autrement absorber ce dernier fragment d’énergie orbitale.
Le problème avec la matière noire, c’est que nous ne savons pas ce qu’elle est. Elle n’interagit pas avec la matière normale de l’Univers au-delà de son attraction gravitationnelle, ce qui la rend extrêmement difficile à étudier. Nous l’appelons matière noire en tant que terme générique, et les scientifiques tentent de comprendre ses propriétés en étudiant le comportement de l’Univers par d’autres moyens.
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Alonso-Álvarez et ses collègues se sont demandés si nous n’étions pas trop hâtifs en éliminant la matière noire comme solution. Ils ont donc conçu des modèles mathématiques pour la tester. Et ils ont découvert que la matière noire qui interagit avec lui-même peuvent rester à proximité de trous noirs supermassifs en fusion – donnant aux trous noirs quelque chose sur quoi transmettre leur dernière énergie orbitale afin qu’ils puissent enfin s’embrasser, formant ainsi un trou noir supermassif extra-large.
Pour l’instant, les résultats sont assez théoriques, mais ils permettent de faire des prédictions qui peuvent être observées. Par exemple, les résultats prédisent un adoucissement de la onde gravitationnelle Un bourdonnement de fond, dont on a déjà vu des traces. Les résultats peuvent également servir à comprendre les halos de matière noire qui entourent les galaxies dans tout l’Univers, puisque les particules doivent interagir à l’échelle galactique pour pouvoir résoudre le problème du parsec final.
Enfin, les chercheurs affirment que leurs découvertes représentent un nouvel outil pour percer les mystères de la matière noire.
« Notre travail est une nouvelle façon de nous aider à comprendre la nature particulaire de la matière noire », dit Alonso-Álvarez. « Nous avons découvert que l’évolution des orbites des trous noirs est très sensible à la microphysique de la matière noire, ce qui signifie que nous pouvons utiliser les observations de fusions de trous noirs supermassifs pour mieux comprendre ces particules. »
La recherche a été publiée dans Lettres d’examen physique.
