Language
Country/Area
No result found
Le lien entre les trous noirs et le Big Bang : pourquoi l’effondrement d’un trou noir peut-il changer notre compréhension de l’univers ?
Dans l’univers primitif, les trous noirs à effondrement direct (DCBH) pourraient avoir été à l’origine des trous noirs supermassifs. Ces graines de trous noirs de grande masse sont formées par l'effondrement direct de grandes quantités de matière et on suppose qu'elles se sont formées dans la plage de décalage vers le rouge z = 15 à 30, lorsque l'univers avait environ 100 à 250 millions d'années. Contrairement aux graines de trous noirs qui se forment à partir de la première génération d'étoiles (la génération d'étoiles dite de population trois), ces trous noirs à effondrement direct se forment via des instabilités relativistes générales directes. Leur masse typique peut atteindre environ 105 M☉. Cette classe de graines de trous noirs a été proposée pour la première fois théoriquement pour résoudre le défi de l'existence de trous noirs supermassifs à décalage vers le rouge z~7, ce qui a été confirmé par de nombreuses observations.
Les trous noirs à effondrement vertical se forment grâce à une combinaison unique de conditions physiques environnementales qui sont rarement réunies simultanément.
Mécanisme de formation
La formation d’un trou noir à effondrement direct implique plusieurs conditions environnementales clés qui favorisent l’effondrement direct du gaz plutôt que la formation d’un amas d’étoiles. Premièrement, le gaz doit être exempt de métal (c'est-à-dire contenir uniquement de l'hydrogène et de l'hélium), deuxièmement, il doit avoir un effet de refroidissement atomique et enfin, il doit y avoir un flux de photons Lyman-Wierth d'intensité suffisante pour détruire les molécules d'hydrogène, ce qui sont des gaz de refroidissement très efficaces. Si le processus de refroidissement de ces gaz ne peut pas être interrompu, le nuage de gaz subira un effondrement gravitationnel et atteindra une densité massique extrêmement élevée d’environ 107 g/cm³. À ces densités, les objets subiront des instabilités relativistes générales, conduisant à la formation de trous noirs avec des masses généralement jusqu'à 105 M☉, voire même jusqu'à 1 million de M☉.
Ces objets s'effondrent directement à partir de nuages de gaz primordiaux, sans passer par un stade stellaire intermédiaire, et sont donc appelés trous noirs à effondrement direct.
Une simulation informatique récente indique que des flux d'accrétion puissants et froids en concentrations rares peuvent former ces graines de trous noirs sans avoir besoin d'un fond ultraviolet ou de flux supersoniques, ou même d'un refroidissement atomique. Dans cette simulation, ce n'est que lorsque la masse du baryon a atteint 40 millions de masses solaires que la gravité a finalement vaincu la turbulence et que l'étoile s'est simplement effondrée pour former deux étoiles supermassives, qui sont finalement devenues des trous noirs à effondrement direct avec des masses respectives de 31 000 et 2 000. . et 40 000 M☉.
Nombre de trous noirs à effondrement vertical
Malgré l'importante valeur théorique des trous noirs à effondrement direct, les scientifiques pensent généralement qu'ils sont relativement rares dans l'univers à décalage vers le rouge élevé, car il est très difficile de réunir simultanément les trois conditions de base requises pour leur génération. Les simulations cosmologiques actuelles prédisent qu'au décalage vers le rouge de 15, il n'y a, en moyenne, qu'environ un seul trou noir à effondrement direct par gigapascal cube. Selon différentes hypothèses, le nombre de trous noirs à effondrement direct prédit pourrait atteindre 107 par gigapascal cube, mais cela nécessiterait un flux de photons Lyman-Wierth extrêmement élevé.
Cela conduit également à des attentes concernant les observations futures, en particulier les observations du télescope spatial Zhang Xianwang qui seront essentielles.
Détection et découverte
En 2016, une équipe dirigée par l'astrophysicien Fabio Pacucci de l'Université Harvard a utilisé les données du télescope spatial Hubble et de l'observatoire à rayons X Chandra pour identifier pour la première fois deux effondrements verticaux. Candidats aux trous noirs, les valeurs z du décalage vers le rouge de ces deux candidats sont tous deux supérieurs à 6 et sont cohérents avec les caractéristiques spectrales de ce type de corps céleste. Il est prévu que ces sources présentent un excès significatif d’émission infrarouge par rapport à d’autres sources à des décalages vers le rouge plus élevés. Les observations futures seront essentielles pour déterminer les propriétés de ces candidats trous noirs.
Différences avec les autres trous noirs
Il convient de noter que les trous noirs primordiaux se forment en raison d'une chute soudaine et directe de l'énergie, de la matière ionisée ou des deux, tandis que les trous noirs à effondrement direct se forment en raison de l'effondrement direct de nuages de gaz denses et de grande taille. De plus, les trous noirs formés par des étoiles de troisième génération ne sont pas classés comme des trous noirs à effondrement « direct ».
La découverte de trous noirs à effondrement vertical offre sans aucun doute une nouvelle perspective pour l'étude de la structure des galaxies et de la formation des trous noirs dans l'univers primitif, ce qui conduira à une réflexion plus approfondie : quelles autres inconnues sont cachées dans l'univers lors de la formation des trous noirs à effondrement vertical Des trous ? Comment résoudre le mystère ?L’existence de trous noirs à effondrement vertical explique non seulement la formation des trous noirs dans l’univers primitif, mais remet également en question notre compréhension de l’évolution de l’univers.
