Les trous noirs pourraient perdre plus d’énergie dans leur environnement que ce qui était précédemment supposé
Une équipe de scientifiques a découvert que les trous noirs peuvent libérer plus d’énergie dans leur environnement que ce qui était précédemment supposé – et plus ces trous se tournent rapidement, plus l’extraction de cette énergie semble être efficace. Depuis 1977, les chercheurs ont théorisé que l’énergie est principalement extraite des rotations des trous noirs en raison de leurs champs magnétiques, et est canalisée dans de puissants jets de particules à haute énergie qui jaillissent des pôles de ces objets par un processus appelé l’effet Blandford-Znajek (BZ). Cependant, les scientifiques n’ont pas été sûrs de nombreux aspects entourant ce processus, tels que ce qui détermine la quantité d’énergie qui est convertie. Dans le but de répondre à ces questions, une équipe de recherche a simulé l’action d’un disque d’accrétion autour d’un trou noir supermassif. Cette simulation ne permet pas seulement de mieux comprendre la physique complexe autour des trous noirs, mais elle peut également redéfinir notre compréhension du rôle des trous noirs supermassifs dans la formation des galaxies. Nous savons depuis longtemps que les gaz qui tombent peuvent extraire de l’énergie de rotation d’un trou noir, a déclaré Jason Dexter, membre de l’équipe et chercheur à l’Université du Colorado, Boulder. Généralement, nous supposons que cela est important pour alimenter les jets. Selon les mesures plus précises réalisées par l’équipe de Dexter, cette nouvelle recherche suggère que beaucoup plus d’énergie est extraite des trous noirs que ce qui était précédemment connu. Cette énergie pourrait être rayonnée comme de la lumière, ou elle pourrait faire circuler les gaz vers l’extérieur. Dans les deux cas, l’énergie extraite de rotation pourrait être une importante source d’énergie pour éclairer les régions proches de l’horizon des événements du trou noir. Les scientifiques étudient les trous noirs et leurs interactions avec les galaxies environnantes depuis des décennies. L’objectif est de découvrir comment les trous noirs supermassifs situés au cœur des galaxies, qui ont des masses des millions ou des milliards de fois plus grandes que celle du Soleil, alimentent les noyaux actifs de galaxies (AGN) et les jets se déplaçant presque à la vitesse de la lumière. Les AGN sont souvent si lumineux qu’ils eclipsent la lumière combinée de toutes les étoiles dans les galaxies qui les entourent, ce qui nécessite énormément d’énergie – une énergie qui doit provenir de quelque part. De nombreuses études antérieures se sont concentrées sur des sources de faible luminosité avec des flux d’accrétion en forme de sphère alimentant les trous noirs. Cela est dû à la difficulté de modéliser les disques théoriquement instables, minces, mais très denses et hautement magnétisés dans les AGN de plus grande luminosité. Les recherches menées sur ces systèmes ont suggéré que des champs magnétiques puissants pourraient aider à stabiliser ces disques, mais s’ils jouent effectivement ce rôle, il n’est pas clair quel rôle ces champs jouent alors dans l’extraction de l’énergie et la création de jets. Nous voulions comprendre comment fonctionne l’extraction d’énergie dans ces environnements hautement magnétisés, a déclaré Prasun Dhang, membre de l’équipe et chercheur postdoctoral à l’Université du Colorado, Boulder. Le modèle informatique avancé utilisé par l’équipe, nommé le modèle 3D de magnétohydrodynamique relativiste généralisé (GRMHD), simule la physique du gaz surchauffé, ou du plasma, dans le tissu courbé de l’espace-temps et la région de forte gravité autour des trous noirs. Cela a permis aux chercheurs d’observer comment les champs magnétiques interagissent avec les trous noirs tournant à différentes vitesses, en se concentrant spécifiquement sur l’efficacité de l’extraction d’énergie. L’objectif était de voir comment le flux magnétique traversant le trou noir affecte l’extraction d’énergie et s’il conduit à la formation de jets, a déclaré Dhang. Les simulations ont révélé que entre 10 % et 70 % de l’énergie extraite de la rotation des trous noirs était canalisée vers les jets par le processus BZ. Plus la rotation est rapide, plus le trou noir peut libérer d’énergie, a ajouté Dhang. Le reste de l’énergie extraite de la rotation du trou noir (mais non canalisée vers les jets) était soit absorbé par le disque d’accrétion, soit dissipé sous forme de chaleur. L’équipe a également constaté que la force du champ magnétique augmentait la luminosité du disque d’accrétion du trou noir. Cela pourrait expliquer pourquoi certains AGN sont beaucoup plus lumineux que ce qui était prédit par les modèles théoriques. L’énergie inutilisée près du trou noir pourrait chauffer le disque et contribuer à une couronne, a déclaré Dhang. L’équipe prévoit maintenant de réaliser d’autres simulations pour mieux comprendre comment les coronas pourraient se former autour des trous noirs. La recherche de l’équipe a été publiée le 14 février dans The Astrophysical Journal.
