Dans le rendu de cet artiste avec l'aimable autorisation de la NASA, les restes d'une étoile déchirée par un trou noir forment un disque autour du centre du trou noir, tandis que les jets éjectent de chaque côté. Les jets peuvent voyager à presque la vitesse de la lumière, et ils déchargent leur haute énergie en cours de route. De nouvelles recherches de l'UMBC dans Nature Communications montrent que la dissipation d'énergie se produit beaucoup plus loin du centre du trou noir qu'on ne le pensait auparavant. Les méthodes d'étude, des techniques statistiques standard et une dépendance minimale aux hypothèses de tout modèle de jet particulier, rendent les conclusions difficiles à contester. Les résultats offrent des indices sur la formation et la structure des jets. Crédit :NASA
Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont les objets les plus massifs de l'univers. Ils vont d'environ 1 million à plus de 10 milliards de fois la masse du Soleil. Certains de ces trous noirs explosent également gigantesques, jets de plasma surchauffés à presque la vitesse de la lumière. La principale façon dont les jets déchargent cette puissante énergie de mouvement est de la convertir en rayons gamma de très haute énergie. Cependant, Ph.D. physique de l'UMBC le candidat Adam Leah Harvey dit, "Comment exactement ce rayonnement est-il créé est une question ouverte."
Le jet doit décharger son énergie quelque part, et les travaux antérieurs ne s'accordent pas où. Les principaux candidats sont deux régions constituées de gaz et de lumière qui encerclent les trous noirs, appelé la région de la ligne large et le tore moléculaire.
Le jet d'un trou noir a le potentiel de convertir la lumière visible et infrarouge dans l'une ou l'autre région en rayons gamma à haute énergie en libérant une partie de son énergie. La nouvelle recherche de Harvey financée par la NASA met en lumière cette controverse en offrant des preuves solides que les jets libèrent principalement de l'énergie dans le tore moléculaire, et non dans la région générale. L'étude a été publiée dans Communication Nature et co-écrit par les physiciens de l'UMBC Markos Georganopoulos et Eileen Meyer.
Loin
La région de la ligne large est plus proche du centre d'un trou noir, à une distance d'environ 0,3 années-lumière. Le tore moléculaire est beaucoup plus éloigné, plus de 3 années-lumière. Alors que toutes ces distances semblent énormes pour un non-astronome, le nouveau travail "nous dit que nous obtenons une dissipation d'énergie loin du trou noir aux échelles pertinentes, ", explique Harvey.
"Les implications sont extrêmement importantes pour notre compréhension des jets lancés par les trous noirs, " dit Harvey. Quelle région absorbe principalement l'énergie du jet offre des indices sur la façon dont les jets se forment initialement, prendre de la vitesse, et devenir en forme de colonne. Par exemple, "Cela indique que le jet n'est pas suffisamment accéléré à plus petite échelle pour commencer à dissiper de l'énergie, " dit Harvey.
D'autres chercheurs ont proposé des idées contradictoires sur la structure et le comportement des jets. En raison des méthodes fiables utilisées par Harvey dans leur nouveau travail, cependant, ils s'attendent à ce que les résultats soient largement acceptés dans la communauté scientifique. "Les résultats aident essentiellement à restreindre ces possibilités - ces différents modèles - de formation de jets."
Sur des bases solides
Pour tirer leurs conclusions, Harvey a appliqué une technique statistique standard appelée "bootstrapping" aux données de 62 observations de jets de trous noirs. "Une grande partie de ce qui a précédé cet article dépendait beaucoup du modèle. D'autres articles ont fait beaucoup d'hypothèses très spécifiques, alors que notre méthode est extrêmement générale, " explique Harvey. " Il n'y a pas grand-chose pour miner l'analyse. Ce sont des méthodes bien comprises, et en utilisant simplement des données d'observation. Le résultat devrait donc être correct."
Une quantité appelée facteur d'amorçage était au cœur de l'analyse. Le facteur de germe indique d'où proviennent les ondes lumineuses que le jet convertit en rayons gamma. Si la conversion se produit au niveau du tore moléculaire, un facteur d'amorçage est attendu. Si cela se produit dans la région générale, le facteur d'amorçage sera différent.
Georganopolous, professeur agrégé de physique et l'un des conseillers de Harvey, développé à l'origine le concept de facteur de semence, mais "l'application de l'idée du facteur semence a dû attendre quelqu'un avec beaucoup de persévérance, et ce quelqu'un était Adam Leah, " dit Georganopolous.
Harvey a calculé les facteurs de départ pour les 62 observations. Ils ont constaté que les facteurs de germe tombaient dans une distribution normale alignée presque parfaitement autour de la valeur attendue pour le tore moléculaire. Ce résultat suggère fortement que l'énergie du jet se décharge en ondes lumineuses dans le tore moléculaire, et non dans la région générale.
Tangentes et recherches
Harvey partage que le soutien de leurs mentors, Georganopoulos et Meyer, professeur adjoint de physique, a contribué à la réussite du projet. "Je pense que sans qu'ils me laissent partir sur beaucoup de tangentes et de recherches sur comment faire les choses, cela n'aurait jamais atteint le niveau auquel il est, " dit Harvey. " Parce qu'ils m'ont permis de vraiment creuser, J'ai pu tirer beaucoup plus de ce projet."
Harvey s'identifie comme un « astronome d'observation, " mais ajoute, "Je suis vraiment plus un scientifique des données et un statisticien que je ne suis un physicien." Et les statistiques ont été la partie la plus excitante de ce travail, ils disent.
"Je pense juste que c'est vraiment cool d'avoir pu trouver des méthodes pour créer une étude aussi solide d'un système aussi étrange qui est si éloigné de ma propre réalité personnelle." dit Harvey. « Ça va être amusant de voir ce que les gens en font. »
