Les trous noirs sont parmi les objets les plus insaisissables de l'univers, mais les recherches du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) suggèrent que les noyaux restants d'étoiles brûlées pourraient être la clé pour faire la première observation de la classe la plus insaisissable de trous noirs.

La recherche a exploré si une étoile naine blanche dormante - parfois appelée étoile "zombie" - pourrait se rallumer si elle avait une rencontre rapprochée avec un trou noir de masse intermédiaire. Bien que des données existent pour corroborer l'existence de trous noirs supermassifs, il n'y a eu aucune observation confirmée de trous noirs dans la classe intermédiaire, dont la taille varie de 100 à 100, 000 masses solaires. Cette classe intermédiaire, l'équipe de recherche a posé, pourrait offrir juste la bonne quantité de force gravitationnelle pour rallumer une naine blanche avant qu'elle ne se déchire.

L'équipe a exécuté des simulations sur superordinateur de dizaines de scénarios de rencontre rapprochée différents pour tester cette théorie. Non seulement ils ont découvert qu'une rencontre rapprochée raviverait l'étoile autrefois morte, mais ils ont vu des preuves que le processus pouvait créer d'importantes énergies d'ondes électromagnétiques et gravitationnelles qui pourraient être visibles à partir de détecteurs en orbite proche de la Terre. La recherche a été publiée dans le numéro de septembre du Journal d'astrophysique .

"C'était excitant de voir que la star zombie s'est rallumée dans chacun des scénarios de rencontre rapprochée que nous avons examinés, " a déclaré le physicien du LLNL Peter Anninos, auteur principal sur le papier. "Mais ce qui a vraiment captivé mon imagination, c'est l'idée que ces événements énergétiques pourraient être visibles. Si les étoiles s'alignent, pour ainsi dire, une étoile zombie pourrait servir de balise de ralliement pour une classe de trous noirs jamais détectée auparavant."

Les simulations ont montré que la matière stellaire fusionnait en différentes quantités de calcium et de fer, en fonction de la proximité de l'étoile à côté du trou noir. Plus le col est proche, plus la nucléosynthèse est efficace, et plus la production de fer est importante. En tout, la recherche suggère qu'une rencontre rapprochée "optimale" pourrait fusionner jusqu'à 60 pour cent de la matière stellaire en fer. Cette conversion de masse maximale a eu lieu avec une naine blanche passant à une distance de deux ou trois rayons de trous noirs.

« Les phénomènes d'étirement peuvent être très compliqués, " a déclaré Rob Hoffman, physicien du LLNL, co-auteur sur le papier. "Imaginez une étoile sphérique s'approchant d'un trou noir. Alors qu'elle s'approche du trou noir, les forces de marée commencent à comprimer l'étoile dans une direction perpendiculaire au plan orbital, le rallumer. Mais dans le plan orbital, ces forces gravitationnelles étirent l'étoile et la déchirent. C'est un effet concurrent."

Des recherches antérieures ont simulé les forces de marée sur des étoiles naines blanches, mais les calculs de cette étude sont les premières simulations entièrement relativistes qui modélisent la nucléosynthèse dans le rallumage des étoiles naines blanches. Ce sont également les simulations à la plus haute résolution à ce jour de la nucléosynthèse à l'intérieur du cœur d'une étoile naine blanche perturbée par les marées, où se produisent les réactions les plus fortes.

"L'ensemble de ce projet a été rendu possible grâce à nos étudiants d'été et post-doctorants, " Anninos a déclaré. "Nous sommes tous sur la formation de la prochaine génération de physiciens, et ce type de projet permet aux chercheurs en début de carrière de déployer leurs ailes et d'effectuer des simulations lourdes. »