Cette vue d'artiste montre une étoile traversant l'horizon des événements d'un trou noir supermassif situé au centre d'une galaxie. Le trou noir est si grand et massif que les effets de marée sur l'étoile sont négligeables, et l'étoile est avalée entière. Les effets de la lentille gravitationnelle déformant la lumière de l'étoile ne sont pas montrés ici. Crédit :Mark A. Garlick/CfA
Les astronomes de l'Université du Texas à Austin et de l'Université Harvard ont mis à l'épreuve un principe de base des trous noirs, montrant que la matière disparaît complètement lorsqu'elle est attirée. Leurs résultats constituent un autre test réussi pour la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.
La plupart des scientifiques s'accordent à dire que les trous noirs, entités cosmiques d'une gravité si grande que rien ne peut échapper à leur emprise, sont entourés d'un soi-disant horizon des événements. Une fois que la matière ou l'énergie s'approche suffisamment du trou noir, il ne peut pas s'échapper - il sera aspiré. Bien que largement admis, l'existence d'horizons d'événements n'a pas été prouvée.
"Tout notre propos ici est de transformer cette idée d'horizon des événements en une science expérimentale, et découvrir si les horizons événementiels existent vraiment ou non, " a déclaré Pawan Kumar, professeur d'astrophysique à l'Université du Texas à Austin.
On pense que les trous noirs supermassifs se trouvent au cœur de presque toutes les galaxies. Mais certains théoriciens suggèrent qu'il y a autre chose à la place - pas un trou noir, mais un objet supermassif encore plus étrange qui a réussi d'une manière ou d'une autre à éviter l'effondrement gravitationnel en une singularité entourée d'un horizon des événements. L'idée est basée sur des théories modifiées de la relativité générale, La théorie de la gravité d'Einstein.
Alors qu'une singularité n'a pas de surface, l'objet non effondré aurait une surface dure. Donc, le matériel étant rapproché - une étoile, par exemple, ne tomberait pas dans un trou noir, mais frappez cette surface dure et soyez détruit.
Le premier d'une séquence de deux impressions d'artiste qui montre un énorme, sphère massive au centre d'une galaxie, plutôt qu'un trou noir supermassif. Ici, une étoile se dirige vers puis s'écrase sur la surface dure de la sphère, jetant des débris. L'impact réchauffe le site de la collision. Crédit :Mark A. Garlick/CfA
Kumar, son étudiant diplômé Wenbin Lu, et Ramesh Narayan, un théoricien du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ont mis au point un test pour déterminer quelle idée est correcte.
"Notre motivation n'est pas tant d'établir qu'il y a une surface dure, " Kumar a dit, "mais pour repousser les limites de la connaissance et trouver des preuves concrètes que vraiment, il y a un horizon des événements autour des trous noirs."
L'équipe a découvert ce qu'un télescope verrait lorsqu'une étoile heurterait la surface dure d'un objet supermassif au centre d'une galaxie proche :le gaz de l'étoile envelopperait l'objet, brille depuis des mois, peut-être même des années.
Une fois qu'ils savaient quoi chercher, l'équipe a déterminé à quelle fréquence cela devrait être vu dans l'univers proche, si la théorie de la surface dure est vraie.
"Nous avons estimé le taux d'étoiles tombant sur des trous noirs supermassifs, " dit Lu. " Presque toutes les galaxies en ont une. Nous n'avons considéré que les plus massifs, qui pèsent environ 100 millions de masses solaires ou plus. Il y en a environ un million à quelques milliards d'années-lumière de la Terre."
Dans cette deuxième vue d'artiste, une énorme sphère au centre d'une galaxie est montrée après qu'une étoile est entrée en collision avec elle. D'énormes quantités de chaleur et une augmentation spectaculaire de la luminosité de la sphère sont générées par cet événement. Le manque d'observation de telles éruptions depuis le centre des galaxies signifie que ce scénario hypothétique est presque complètement exclu. Crédit :Mark A. Garlick/CfA
Ils ont ensuite fouillé une archive récente d'observations de télescopes. Pan-ÉTOILES, un télescope de 1,8 mètre à Hawaï, a récemment terminé un projet d'étude de la moitié du ciel de l'hémisphère nord. Le télescope a balayé la zone à plusieurs reprises pendant une période de 3,5 ans, à la recherche de « transitoires », des choses qui brillent pendant un moment puis s'estompent. Leur objectif était de trouver des transitoires avec la signature lumineuse attendue d'une étoile tombant vers un objet supermassif et frappant une surface dure.
"Compte tenu du taux d'étoiles tombant sur les trous noirs et de la densité numérique des trous noirs dans l'univers voisin, nous avons calculé combien de ces transitoires Pan-STARRS auraient dû détecter sur une période de fonctionnement de 3,5 ans. Il s'avère qu'il aurait dû en détecter plus de 10, si la théorie de la surface dure est vraie, " dit Lu.
Ils n'en ont trouvé aucun.
« Notre travail implique que certains, et peut-être tout, les trous noirs ont des horizons d'événements et ce matériau disparaît vraiment de l'univers observable lorsqu'il est attiré dans ces objets exotiques, comme nous l'attendions depuis des décennies, " a dit Narayan. " La Relativité Générale a passé un autre test critique. "
Maintenant, l'équipe propose d'améliorer le test avec un télescope encore plus grand :le Large Synoptic Survey Telescope de 8,4 mètres (LSST, actuellement en construction au Chili). Comme Pan-STARRS, LSST fera des relevés répétés du ciel au fil du temps, révélant les transitoires, mais avec une sensibilité beaucoup plus grande.
Cette recherche a été publiée dans le numéro de juin de la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .
