Concept d'artiste d'un trou noir supermassif et de son disque de gaz environnant. À l'intérieur de ce disque se trouvent deux petits trous noirs en orbite l'un autour de l'autre. En utilisant les données de l'installation transitoire de Zwicky (ZTF) à l'observatoire de Palomar, les chercheurs ont identifié une éruption de lumière soupçonnée de provenir d'une de ces paires binaires peu de temps après leur fusion dans un trou noir plus grand. La fusion des trous noirs les aurait fait se déplacer dans une direction à l'intérieur du disque, labourer à travers le gaz de manière à créer une légère torche. La découverte, bien qu'il ne soit pas confirmé, pourrait équivaloir à la première fois que la lumière a été vue à partir d'une paire de trous noirs en fusion. Ces trous noirs en fusion ont été repérés pour la première fois le 21 mai, 2019, par le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) de la National Science Foundation et le détecteur européen Virgo, qui a capté les ondes gravitationnelles générées par la fusion. Crédit :Caltech/R. Blessé (IAPC)
Lorsque deux trous noirs s'enroulent en spirale et finissent par entrer en collision, ils envoient des ondulations dans l'espace et le temps appelées ondes gravitationnelles. Parce que les trous noirs n'émettent pas de lumière, ces événements ne devraient pas briller avec des ondes lumineuses, ou rayonnement électromagnétique. Centre d'études supérieures, Les astrophysiciens de CUNY, K. E. Saavik Ford et Barry McKernan, ont proposé des moyens par lesquels une fusion de trous noirs pourrait exploser avec la lumière. Maintenant, pour la première fois, les astronomes ont vu des preuves de l'un de ces scénarios de production de lumière. Leurs conclusions sont disponibles dans les numéros actuels de Lettres d'examen physique .
Une équipe composée de scientifiques du Graduate Center, CUNY ; l'installation transitoire de Zwicky (ZTF) de Caltech ; Collège communautaire de l'arrondissement de Manhattan (BMCC); et le Musée américain d'histoire naturelle (AMNH) a repéré ce qui semble être une éruption de lumière provenant d'une paire de trous noirs en fusion. L'événement (appelé S190521g) a été identifié pour la première fois par l'observatoire à ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser de la National Science Foundation (NSF) et le détecteur européen Virgo le 21 mai. 2019. Au fur et à mesure que les trous noirs ont fusionné, secouant l'espace et le temps, ils ont envoyé des ondes gravitationnelles. Peu de temps après, les scientifiques de ZTF, qui est situé à l'observatoire Palomar près de San Diego, ont examiné leurs enregistrements du même événement et repéré ce qui pourrait être une éruption de lumière provenant des trous noirs en fusion.
"Au centre de la plupart des galaxies se cache un trou noir supermassif. Il est entouré d'un essaim d'étoiles et d'étoiles mortes, y compris les trous noirs, " a déclaré le co-auteur de l'étude Ford, un professeur au Graduate Center, BMCC et AMNH. "Ces objets pullulent comme des abeilles en colère autour de la monstrueuse reine des abeilles au centre. Ils peuvent brièvement trouver des partenaires gravitationnels et s'associer, mais perdent généralement rapidement leurs partenaires à cause de la danse folle. Mais dans le disque d'un trou noir supermassif, le gaz qui s'écoule convertit le mosh pit de l'essaim en un menuet classique, organiser les trous noirs pour qu'ils puissent s'apparier, " elle dit.
Une fois les trous noirs fusionnés, le nouveau, le trou noir maintenant plus grand subit un coup de pied qui l'envoie dans une direction aléatoire, et il laboure à travers le gaz dans le disque. "C'est la réaction du gaz à cette balle rapide qui crée une fusée lumineuse, visible aux télescopes, " a déclaré le co-auteur McKernan, professeur d'astrophysique au Graduate Center, BMCC et AMNH.
"Ce trou noir supermassif grondait pendant des années avant cette éruption plus abrupte, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Matthew Graham, professeur-chercheur en astronomie à Caltech et scientifique du projet pour ZTF. "L'éruption s'est produite à la bonne échelle de temps, et au bon endroit, coïncide avec l'événement des ondes gravitationnelles. Dans notre étude, nous concluons que l'éruption est probablement le résultat d'une fusion de trous noirs, mais nous ne pouvons pas exclure complètement d'autres possibilités."
"ZTF a été spécialement conçu pour identifier de nouveaux, rare, et des types variables d'activité astronomique comme celle-ci, ", a déclaré Ralph Gaume, directeur de la Division des sciences astronomiques de la NSF. "Le soutien de la NSF aux nouvelles technologies continue d'élargir la façon dont nous pouvons suivre de tels événements."
Une telle éruption devrait commencer des jours voire des semaines après l'éclaboussure initiale d'ondes gravitationnelles produites lors de la fusion. Dans ce cas, ZTF n'a pas attrapé l'événement tout de suite, mais lorsque les scientifiques sont revenus et ont regardé les images d'archives ZTF des mois plus tard, ils ont trouvé un signal qui a commencé quelques jours après l'événement d'ondes gravitationnelles de mai 2019. ZTF a observé que l'éruption s'estompe lentement sur une période d'un mois.
Les scientifiques ont tenté d'obtenir un aperçu plus détaillé de la lumière du trou noir supermassif, appelé spectre, mais au moment où ils ont regardé, l'éclat s'était déjà estompé. Un spectre aurait offert plus de soutien à l'idée que l'éruption provenait de la fusion des trous noirs dans le disque du trou noir supermassif. Cependant, les chercheurs disent qu'ils ont été en mesure d'exclure en grande partie d'autres causes possibles de la poussée observée, y compris une supernova ou un événement de perturbation de marée, qui se produit lorsqu'un trou noir mange essentiellement une étoile.
De plus, l'équipe dit qu'il est peu probable que la fusée vienne des grondements habituels du trou noir supermassif, qui se nourrit régulièrement de son disque environnant. À l'aide de l'enquête sur les transitoires en temps réel de Catalina, dirigé par Caltech, ils ont pu évaluer le comportement du trou noir au cours des 15 dernières années, et a constaté que son activité était relativement normale jusqu'en mai 2019, quand il s'est soudainement intensifié.
"Les trous noirs supermassifs comme celui-ci ont des fusées éclairantes tout le temps. Ce ne sont pas des objets silencieux, mais le moment, Taille, et l'emplacement de cette fusée était spectaculaire, " a déclaré le co-auteur Mansi Kasliwal (MS '07, doctorat '11), professeur assistant d'astronomie à Caltech. "La raison pour laquelle rechercher des éruptions comme celle-ci est si importante est que cela aide énormément aux questions d'astrophysique et de cosmologie. Si nous pouvons refaire cela et détecter la lumière provenant des fusions d'autres trous noirs, alors nous pourrons découvrir les foyers de ces trous noirs et en apprendre davantage sur leurs origines. »
Le trou noir nouvellement formé devrait provoquer une autre éruption dans les prochaines années. Le processus de fusion a donné à l'objet un coup de pied qui devrait le faire entrer à nouveau dans le disque du trou noir supermassif, produisant un autre éclair de lumière que ZTF devrait pouvoir voir.
Le papier est intitulé, "Une contrepartie électromagnétique candidate à l'événement d'onde gravitationnelle de fusion de trous noirs binaires GW190521g."
