De nouvelles recherches menées par Chris Fragile, professeur de physique et d'astronomie au College of Charleston, pourraient aider les scientifiques à en savoir plus sur les trous noirs de masse intermédiaire et les activités qui les entourent.

La recherche de Fragile, qui paraîtra bientôt dans l'Astrophysics Journal, implique des étoiles ou d'autres objets célestes se déplaçant trop près d'un trou noir, entraînant la déchirure de l'objet par les forces de marée extrêmes du trou noir. Au cours de ces violents « événements de perturbation des marées » (TDE), l'objet perturbé est simultanément étiré et comprimé dans des directions opposées. Si l'objet est une étoile naine blanche, qui est le noyau mort d'une étoile semblable au Soleil, la compression peut être suffisante pour relancer brièvement la fusion nucléaire, en quelque sorte redonner vie à la naine blanche, ne serait-ce que pour quelques secondes.

Pour que cela se produise, dit Fragile, la naine blanche doit passer relativement près (à l'intérieur du "rayon de marée") d'un trou noir de masse intermédiaire (IMBH), un environ 1, 000 à 10, 000 fois la masse du Soleil. En effet, la taille d'un trou noir (et son rayon de marée) est en corrélation avec sa masse. Si le trou noir a trop peu de masse, son rayon de marée est plus petit que la taille de la naine blanche, le trou noir est donc initialement avalé par la naine blanche. Si le trou noir a trop de masse, il sera si grand que la naine blanche passera à l'intérieur avant que les forces de marée ne deviennent assez fortes pour la perturber.

Alors qu'un grand nombre de trous noirs "de masse stellaire" et "supermassifs" ont été découverts, Fragile dit qu'il existe actuellement peu de preuves de leurs cousins ​​​​de masse intermédiaires.

"Il est important de savoir combien de trous noirs de masse intermédiaire existent, car cela aidera à répondre à la question de savoir d'où viennent les trous noirs supermassifs, ", dit Fragile. "Trouver des trous noirs de masse intermédiaire grâce à des événements de perturbation des marées serait un énorme progrès."

Les événements de perturbation des marées sont parfois capables de produire d'énormes explosions électromagnétiques et des signaux d'ondes gravitationnelles potentiellement détectables. Jusqu'ici, seule une douzaine de découvertes ont montré les signatures d'un événement de perturbation de la marée, et aucun de ceux-ci ne semble être la perturbation d'une naine blanche. Néanmoins, dit Fragile, ces événements sont une cible principale de nombreuses missions actuelles et futures, y compris le sondage automatisé All Sky pour SuperNovae (ASASSN), l'usine intermédiaire de Palomar transitoire, et le Large Synoptic Survey Telescope (LSST).

Alors qu'une partie de la matière arrachée à l'objet perturbé sera finalement avalée ("accrétée") par le trou noir, une fraction importante sera projetée dans l'espace environnant sous forme de débris non liés. Ces débris pourront éventuellement être assimilés aux futures générations d'étoiles et de planètes, sa composition chimique peut donc avoir des conséquences importantes. La combustion nucléaire qui a lieu lors de la perturbation par marée d'une étoile naine blanche provoque des changements importants dans sa composition chimique, convertir principalement l'hélium, carbone, et l'oxygène d'une naine blanche typique en éléments plus proches du fer dans le tableau périodique.

Les perturbations marémotrices des étoiles naines blanches par les trous noirs de masse intermédiaire sont maintenant étudiées à l'aide de simulations informatiques, dit Fragile. Un tel ensemble de simulations a confirmé que la combustion nucléaire est un résultat courant, avec des rendements de conversion de masse jusqu'à 60 pour cent. L'efficacité et les éléments produits dépendent tous deux sensiblement de la proximité de la naine blanche avec le trou noir, avec des approches plus éloignées produisant préférentiellement du calcium et des approches plus proches produisant du fer. Les perturbations simulées génèrent également de courtes rafales d'ondes gravitationnelles, d'une fréquence et d'une amplitude pouvant être détectables avec les futurs instruments. A partir de maintenant, ce sont les simulations tridimensionnelles les plus hautes résolutions d'événements de perturbation des marées.

Cette recherche sera utile pour caractériser les futurs événements de perturbation des marées et imposer des contraintes sur la prévalence des trous noirs de masse intermédiaire.