Un trou noir rare “Boucle d’or” découvert après une explosion massive dans l’espace lointain

Une impression d’artiste d’un événement lenticulaire. La lumière (violette) est pliée autour d’un objet dans l’espace, comme un trou noir, qui se divise en différents chemins – l’un arrivant plus vite que l’autre.

Carl Knox, Osgraf

En parcourant un catalogue de plus de 2700 explosions actives dans l’espace lointain capturées par l’observatoire Compton Gamma Ray de la NASA, le travail de James Paynter consistait à trouver une aiguille dans un tas d’aiguilles. Un doctorant de l’Université de Melbourne a voulu trouver l’une des explosions, un sursaut gamma, qui avait été “modifié avec une lentille” – son chemin parcouru par un objet cosmique massif sur son chemin vers la Terre.

À la fin du Master, il avait réduit le nombre de candidats à une poignée, et après avoir créé des techniques d’analyse sophistiquées, il n’en restait plus qu’un.

Ce filtre, appelé GRB 950830, est détaillé dans une nouvelle étude, Il a été publié lundi dans Nature AstronomyEt, l’objet cosmique géant qui a dû tourner pour se rendre sur Terre est un «trou noir de masse moyenne», une souche rare de creux gravitationnels cosmiques que les astronomes commencent tout juste à comprendre.

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Dans l’espace, il existe deux types connus de trous noirs: les trous noirs stellaires, qui se forment lorsqu’une étoile massive explose puis s’effondre sur elle-même, et les trous noirs supermassifs qui se trouvent au cœur des galaxies. Le Un trou noir supermassif au cœur de Messier 87 C’était Sujet de la première image d’un trou noirPrise en 2019.

Les trous noirs stellaires représentent environ 10 fois la masse du Soleil. Les trous noirs supermassifs peuvent être des milliards de fois plus grands. La zone entre eux? «Entre ces deux extrêmes, on ne voit rien», dit Pinter.

Les astrophysiciens ont théorisé – et ont commencé à découvrir – des trous noirs dans le soi-disant «écart de masse», la région des «Boucle d’or» où l’on pense que des trous noirs de masse moyenne, ou IMBH, existent. Ces trous noirs ont une taille de 100 à 100 000 fois la masse du soleil et sont un chaînon manquant entre les minuscules trous noirs qui dispersent l’univers et les trous supermassifs au centre des galaxies.

Très peu de trous noirs de masse moyenne ont été définitivement découverts. Un autre trou noir plus petit a été découvert en septembre 2020: des astronomes étudiant les ondes gravitationnelles ont été annoncés Ils ont trouvé IMBH avec une masse environ 150 fois la masse du Soleil., Qui a été créé par la fusion de deux petits trous noirs.

Mais ce que Paynter et ses co-auteurs ont découvert, Rachel Webster, astrophysicien à l’Université de Melbourne, et Eric Thrain, astrophysicien à l’Université Monash, est scandaleux en comparaison.

«Notre IMBH est beaucoup plus grand», déclare Paynter. «S’ils avaient été formés à partir de trous noirs stellaires, de nombreuses générations de fusions se seraient déroulées pour atteindre leur masse observée».

Un filtre similaire pesant environ 50000 soleils, 3XMM J215022.4−055108, était Publié dans The Astrophysical Journal Letters en mars 2020, Mais cela a été trouvé lorsqu’une étoile voisine s’est déchirée. La méthode utilisée par Paynter et ses collègues tire parti de la lentille gravitationnelle.

Lentille de gravité

GRB 950830 est une courte rafale de rayons gamma à très longue distance. Les chercheurs ne savent pas exactement d’où il vient, mais c’est quelque part dans les profondeurs de la sombre forêt de l’univers. Ils pensent que l’explosion s’est produite lorsque deux étoiles à neutrons se sont heurtées, libérant d’énormes quantités d’énergie.

Painter cherchait un sursaut gamma de “lentille gravitationnelle” de l’instrument BATSE de l’observatoire Compton Gamma de la NASA, qui a capturé environ 2700 signaux de rayons gamma entre 1990 et 1999. “Nous voulions la meilleure chance de trouver l’objectif, donc BATSE était celui que nous avons choisi. »dit Paynter.

GRB 950830 est le seul que l’équipe a trouvé optimiste.

Le peintre note: “Mon enthousiasme original était d’avoir trouvé le premier GRB du point de vue de la gravité, car malgré 30 ans de recherche, aucun candidat statistiquement fort n’a été trouvé.” “Nous avons développé un logiciel d’analyse avancé qui améliore considérablement les méthodes de détection des lentilles antérieures, ce qui nous a également permis de rejeter fortement les candidats.”

Après une analyse plus approfondie, une découverte encore plus passionnante a été faite. Une explosion active s’est produite derrière Un trou noir de masse moyenne.

L’attraction gravitationnelle massive de l’IMBH a plié toutes les formes de lumière et de rayonnement électromagnétique autour de lui. Lorsque le sursaut gamma a explosé, il a traversé l’univers vers nous. Mais quand il est entré en collision avec IMBH, le signal s’est divisé, un phénomène connu sous le nom de lentille gravitationnelle.

La lentille a un signe révélateur, une résonance de signal, car une partie du rayonnement d’un sursaut gamma met plus de temps à atteindre le détecteur de l’observatoire lorsqu’il se courbe autour de l’IMBH. C’est une différence très subtile. «Bien que nous ayons parcouru des milliards d’années-lumière pour nous rejoindre, cette différence d’heure d’arrivée n’est que de 400 millisecondes dans notre cas», explique Paynter.

Ce n’est pas une découverte définitive pour IMBH, mais c’est un autre bon candidat. Cela aide également les astronomes à estimer combien de ces objets massifs peuvent se cacher dans l’espace lointain. Leurs calculs indiquent qu’il peut y en avoir environ 46 000 dans notre océan dans la Voie lactée, mais Paynter dit qu’il y a beaucoup d’incertitude dans la mesure. La recherche de plus de candidats contribuera à réduire l’incertitude.

Idéalement, dit-il, nous analyserons également d’autres catalogues à l’avenir.

Peut-être, suggère Thran, que les IMBH étaient peut-être d’anciennes reliques de l’univers primitif datant d’un certain temps avant la formation des étoiles et des galaxies. Si tel est le cas, ils pourraient être les «graines des trous noirs supermassifs qui vivent aujourd’hui dans le cœur des galaxies».

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