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    La taille du trou noir révélée par son mode d'alimentation

    Vue d'artiste d'un disque d'accrétion tournant autour d'un trou noir supermassif invisible. Le processus d'accrétion produit des fluctuations aléatoires de la luminosité du disque au fil du temps, un modèle s'est avéré être lié à la masse du trou noir dans une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. Crédit :Mark A. Garlick/Fondation Simons

    Les schémas d'alimentation des trous noirs donnent un aperçu de leur taille, rapport des chercheurs. Une nouvelle étude a révélé que le scintillement de la luminosité observé dans l'alimentation active des trous noirs supermassifs est lié à leur masse.

    Les trous noirs supermassifs sont des millions à des milliards de fois plus massifs que le soleil et résident généralement au centre des galaxies massives. En dormance et ne se nourrissant pas du gaz et des étoiles qui les entourent, Les SMBH émettent très peu de lumière; les astronomes ne peuvent les détecter qu'à travers leurs influences gravitationnelles sur les étoiles et le gaz à proximité. Cependant, dans l'univers primitif, lorsque les PME se développaient rapidement, ils se nourrissaient activement - ou accumulaient - des matériaux à des taux intensifs et émettaient une énorme quantité de rayonnement - dépassant parfois toute la galaxie dans laquelle ils résident, les chercheurs ont dit.

    La nouvelle étude, dirigé par l'étudiant diplômé en astronomie Urbana-Champaign de l'Université de l'Illinois Colin Burke et le professeur Yue Shen, ont découvert une relation définitive entre la masse des SMBHs se nourrissant activement et l'échelle de temps caractéristique du motif de scintillement de la lumière. Les résultats sont publiés dans la revue Science .

    La lumière observée d'un SMBH accréteur n'est pas constante. En raison de processus physiques qui ne sont pas encore compris, il affiche un scintillement omniprésent sur des échelles de temps allant de quelques heures à des décennies. "Il y a eu de nombreuses études qui ont exploré les relations possibles entre le scintillement observé et la masse du SMBH, mais les résultats ont été peu concluants et parfois controversés, " a déclaré Burke.

    L'équipe a compilé un grand ensemble de données de SMBHs en alimentation active pour étudier le modèle de variabilité du scintillement. Ils ont identifié une échelle de temps caractéristique, sur lequel le modèle change, qui est étroitement corrélé avec la masse du SMBH. Les chercheurs ont ensuite comparé les résultats avec des naines blanches en croissance, les restes d'étoiles comme notre soleil, et trouvé que la même relation échelle de temps-masse est vraie, même si les naines blanches sont des millions à des milliards de fois moins massives que les SMBH.

    Diagramme explicatif - Quand les trous noirs s'alignent. Crédit :Lucy Reading-Ikkanda / Fondation Simons

    Les scintillements lumineux sont des fluctuations aléatoires dans le processus d'alimentation d'un trou noir, les chercheurs ont dit. Les astronomes peuvent quantifier ce modèle de scintillement en mesurant la puissance de la variabilité en fonction des échelles de temps. Pour accréter les SMBH, le modèle de variabilité passe d'échelles de temps courtes à des échelles de temps longues. Cette transition de modèle de variabilité se produit à une échelle de temps caractéristique qui est plus longue pour les trous noirs plus massifs.

    L'équipe a comparé l'alimentation du trou noir à notre activité de manger ou de boire en assimilant cette transition à un rot humain. Les bébés rotent fréquemment en buvant du lait, tandis que les adultes peuvent maintenir le rot plus longtemps. Les trous noirs font un peu la même chose en se nourrissant, ils ont dit.

    "Ces résultats suggèrent que les processus entraînant le scintillement pendant l'accrétion sont universels, que l'objet central soit un trou noir supermassif ou une naine blanche beaucoup plus légère, " dit Shen.

    "L'établissement ferme d'un lien entre le scintillement lumineux observé et les propriétés fondamentales de l'accréteur nous aidera certainement à mieux comprendre les processus d'accrétion, " a déclaré Yan-Fei Jiang, chercheur au Flatiron Institute et co-auteur de l'étude.

    Les trous noirs astrophysiques se présentent dans un large spectre de masse et de taille. Entre la population de trous noirs de masse stellaire, qui pèsent moins de plusieurs dizaines de fois la masse du soleil, et les SMBH, il existe une population de trous noirs appelés trous noirs de masse intermédiaire qui pèsent entre 100 et 100 environ, 000 fois la masse du soleil.

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