2 trous noirs supermassifs ont été fermés sur l’orbite la plus raide que nous ayons jamais vue

La danse macabre se déroule au cœur d’une galaxie de l’univers lointain.

À environ 10 milliards d’années-lumière, deux supermassifs trous noirs Ils sont piégés dans une orbite si étroite qu’ils entrent en collision les uns avec les autres et forment un trou noir beaucoup plus grand dans le temps relativement court de seulement 10 000 ans.

Cela équivaut à une distance orbitale de seulement 0,03 année-lumière, soit environ 50 fois la distance moyenne entre le Soleil et Pluton. Cependant, ils se déplacent si vite qu’il ne faut que deux ans sur Terre pour que les deux objets complètent une orbite binaire, contre 248 ans pour Pluton.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les binaires de trous noirs supermassifs intéressent les astronomes.

Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de la plupart des galaxies, les noyaux autour desquels tout le reste orbite. Lorsque deux galaxies se trouvent ensemble, cela indique que deux galaxies se sont réunies.

Nous savons que ce processus est en cours, donc trouver un binaire de trou noir massif peut nous dire à quoi il ressemble dans les étapes finales.

Les binaires de trous noirs supermassifs peuvent également nous dire comment ces objets massifs – des millions à des milliards de fois la masse du Soleil – peuvent devenir si incroyablement massifs.

Une fusion de trous noirs binaires est l’un des moyens par lesquels cette croissance peut se produire. La découverte de trous noirs supermassifs nous aidera à comprendre s’il s’agit d’une voie commune pour cette croissance et peut conduire à une modélisation plus précise.

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L’objet en question est un quasar nommé PKS 2131-021. Ce sont les galaxies dans lesquelles le noyau galactique est actif ; C’est-à-dire qu’un trou noir supermassif gagne de la matière à un rythme extrême, rayonnant de la chaleur du frottement et de la gravité dans la matière en orbite autour du noyau.

Certains quasars projettent des jets de plasma presque à la vitesse de la lumière depuis les régions polaires du trou noir, circulant le long et accélérant les lignes de champ magnétique autour de l’extérieur de l’objet. PKS 2131 est un quasar qui tire un jet vers la Terre, ce qui en fait ce que nous appelons un blazar.

Une équipe d’astronomes qui a étudié les différences de luminosité dans les quasars a remarqué quelque chose d’étrange à propos du faisceau radiofréquence Blazar de PKS 2131 et a trouvé la même signature dans les données collectées en 2008. Ils semblaient osciller sur des échelles de temps régulières, leur luminosité oscillant avec une onde sinusoïdale presque parfaite. modèle Jamais vu dans un quasar.

« PKS 2131 variait non seulement périodiquement, mais de manière sinusoïdale », L’astronome Tony Redhead dit Caltech. « Cela signifie qu’il existe un modèle que nous pouvons continuellement tracer au fil du temps. »

Le chemin semble avoir pris fin lorsque seuls deux autres pics ont été trouvés dans les données d’archives, l’un en 2005 et l’autre en 1981. Mais ensuite, en 2021, le projet a suscité l’intérêt de l’astronome Sandra O’Neill de Caltech. Elle et une équipe de chercheurs ont revisité les archives de données pour voir combien de temps ils pouvaient retracer cet étrange schéma.

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Ils ont frappé la saleté. Dans les données de l’Observatoire Haystack faites entre 1975 et 1983, un schéma plus a émergé, cohérent avec le moment du reste des observations.

« Lorsque nous avons réalisé que les pics et les creux récemment découverts de la courbe de lumière correspondaient aux pics et aux creux observés entre 1975 et 1983, nous savions que quelque chose de très spécial se passait », O’Neill a dit.

Selon l’analyse de l’équipe, les « carillons » réguliers du signal sont générés par le mouvement orbital des deux trous noirs. Alors qu’ils orbitent l’un sur l’autre sur des échelles de temps de deux ans, la lumière radio s’estompe et s’allume, en raison du mouvement orbital de l’avion, provoquant un décalage Doppler améliorant la lumière lorsque le trou noir se déplace vers nous.

Les données d’archives montrent que cette onde sinusoïdale a pu être observée en continu pendant huit ans à partir de 1976, après quoi elle a disparu pendant 20 ans. Cela peut être dû à un changement ou à une interruption de l’approvisionnement en matériau alimentant le trou noir supermassif. Après 20 ans, ont déclaré les chercheurs, le schéma est réapparu et s’est poursuivi depuis, environ 17 ans maintenant.

Un autre système similaire, OJ 287, suggère que l’interprétation est correcte. Ce blazar contient deux trous noirs quasi massifs qui orbitent tous les 12 ans, à environ un tiers d’année-lumière d’intervalle. Il montre également des fluctuations de la luminosité radio, bien qu’irrégulières et sans la forme d’onde sinusoïdale.

Bien que nous ne soyons pas là pour voir la fusion éventuelle de trous noirs supermassifs dans PKS 2131, cela pourrait nous montrer comment rechercher des systèmes similaires. À son tour, cela pourrait nous rapprocher de la compréhension de la façon dont ces collisions massives se produisent.

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La recherche a été publiée dans Lettres du journal astrophysique.

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