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    Des écoulements répétés de vent chaud trouvés près du trou noir

    Crédit :John Paice/Université de Southampton/Centre interuniversitaire d'astronomie

    Une équipe internationale d'astrophysiciens de Southampton, Oxford et l'Afrique du Sud ont détecté une température très chaude, vent sortant dense proche d'un trou noir d'au moins 25, 000 années-lumière de la Terre.

    Le chercheur principal, le professeur Phil Charles de l'Université de Southampton, a expliqué que le gaz (hélium et hydrogène ionisés) était émis en rafales qui se répétaient toutes les 8 minutes, la première fois que ce comportement a été observé autour d'un trou noir. Les résultats ont été publiés dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

    L'objet étudié par l'équipe du professeur Charles était Swift J1357.2-0933, qui a été découvert pour la première fois en tant que transitoire aux rayons X - un système qui présente des explosions violentes - en 2011. Ces transitoires consistent tous en une étoile de faible masse, semblable à notre Soleil et un objet compact, qui peut être une naine blanche, étoile à neutrons ou trou noir. Dans ce cas, Swift J1357.2-0933 a un objet compact trou noir qui est au moins 6 fois la masse de notre Soleil.

    Le matériau de l'étoile normale est tiré par l'objet compact dans un disque entre les deux. Des explosions massives se produisent lorsque le matériau du disque devient chaud et instable et libère de grandes quantités d'énergie.

    Le professeur Charles a déclaré:"Ce qui était particulièrement inhabituel à propos de ce système, c'est que les télescopes au sol avaient révélé que sa luminosité optique affichait des creux périodiques dans sa sortie et que la période de ces creux a lentement changé d'environ deux minutes à environ 10 minutes lorsque l'explosion Un comportement aussi étrange n'a jamais été observé dans aucun autre objet.

    "La cause de ces remarquables, les trempettes rapides ont été un sujet brûlant de débat scientifique depuis leur découverte. C'est donc avec une grande excitation que les astronomes ont accueilli la deuxième explosion de cet objet à la mi-2017, l'occasion d'étudier plus en détail cet étrange comportement."

    Le professeur Charles et son équipe ont reconnu que la clé pour obtenir la réponse était d'obtenir des spectres optiques un certain nombre de fois au cours de chaque cycle d'immersion, essentiellement étudier comment leur couleur a changé avec le temps. Mais avec l'objet environ 10, 000 fois plus faible que l'étoile la plus faible visible à l'œil nu et la période d'immersion de seulement 8 minutes environ, un très gros télescope a dû être utilisé.

    Donc, ils ont utilisé du SEL, le grand télescope d'Afrique australe, le plus grand télescope optique de l'hémisphère sud.

    L'Université de Southampton est l'un des partenaires britanniques fondateurs de SALT, et avec leurs collaborateurs sud-africains, font partie d'un grand programme scientifique multipartenaire pour étudier les transitoires de tous types. SALT a non seulement l'énorme zone de collecte nécessaire (il a un miroir de 10 m de diamètre), mais il est exploité à 100% par des astronomes résidents du personnel, ce qui signifie qu'il peut facilement répondre à des événements transitoires imprévisibles. C'était parfait pour Swift J1357.2-0933, et SALT obtenu plus d'une heure de spectres, avec une prise toutes les 100 secondes.

    "Nos observations opportunes de ce système fascinant démontrent comment la réponse rapide de SALT, grâce à son fonctionnement flexible en file d'attente, en fait une installation idéale pour les études de suivi d'objets transitoires, " a déclaré le Dr David Buckley, le chercheur principal du programme transitoire SALT, basé à l'Observatoire astronomique d'Afrique du Sud, qui a également ajouté, "Avec la disponibilité instantanée d'un certain nombre d'instruments différents sur SALT, nous pouvons également modifier dynamiquement nos plans d'observation pour les adapter aux objectifs scientifiques et réagir aux résultats, presque en temps réel"

    Le professeur Charles a ajouté :« Les résultats de ces spectres étaient étonnants. Ils ont montré de l'hélium ionisé en absorption, ce qui n'avait jamais été vu dans de tels systèmes auparavant. Cela indiquait qu'il devait être à la fois dense et chaud - environ 40, 000 degrés. Plus remarquablement, les caractéristiques spectrales étaient décalées vers le bleu (en raison de l'effet Doppler), indiquant qu'ils soufflaient vers nous à environ 600 km/s. Mais ce qui nous a vraiment étonné, c'est la découverte que ces caractéristiques spectrales n'étaient visibles que pendant les creux optiques dans la courbe de lumière. Nous avons interprété cette propriété tout à fait unique comme étant due à une déformation ou à une ondulation dans le disque d'accrétion interne qui orbite autour du trou noir sur l'échelle de temps de pendage. Cette chaîne est très proche du trou noir à seulement un dixième du rayon du disque."

    Qu'est-ce qui éloigne cette affaire du trou noir ? C'est presque certainement la pression de radiation des rayons X intenses générés à proximité du trou noir. Mais il doit être beaucoup plus lumineux que ce que nous voyons directement, suggérant que le matériau tombant sur le trou noir l'obscurcit à la vue directe, comme des nuages ​​obscurcissant le Soleil. Cela se produit parce que nous regardons le système binaire d'un point de vue où le disque apparaît par la tranche, comme le montre l'illustration schématique, et les taches rotatives dans ce disque obscurcissent notre vision du trou noir central.

    Il est intéressant de noter qu'il n'y a pas d'éclipses de l'étoile compagne vue en optique ou aux rayons X comme on pourrait s'y attendre. Cela s'explique par le fait qu'il est très petit, et constamment dans l'ombre du disque. Cette inférence provient d'une modélisation théorique détaillée des vents soufflés des disques d'accrétion qui a été entreprise par l'un des membres de l'équipe, James Matthews à l'Université d'Oxford, à l'aide de calculs de superordinateur.

    Cet objet a des propriétés remarquables parmi un groupe d'objets déjà intéressant qui a beaucoup à nous apprendre sur les points limites de l'évolution stellaire et la formation d'objets compacts. Nous connaissons déjà quelques dizaines de systèmes binaires de trous noirs dans notre Galaxie, qui ont tous des masses comprises entre 5 et 15 masses solaires, et le seul trou noir de notre centre galactique représente environ 4 millions de masses solaires. Ils croissent tous par l'accrétion de matière dont nous avons été témoins de façon si spectaculaire dans cet objet. Nous savons également qu'une fraction substantielle du matériau d'accrétion est emportée par le vent. Lorsque cela se produit à partir des trous noirs supermassifs au centre des galaxies, ces vents et ces jets puissants peuvent avoir un impact énorme sur le reste de la galaxie.

    Le professeur Charles a conclu:"Ces versions binaires à courte période sont un moyen idéal pour étudier cette physique en action."


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