Astronomie

Des étoiles peuvent-elles jamais former des trous noirs supermassifs ?

Des étoiles peuvent-elles jamais former des trous noirs supermassifs ?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

J'ai entendu dire que la plupart des trous noirs supermassifs ne sont pas formés par des étoiles - en fait, nous ne savons même pas comment ils se forment. Mais une étoile, avec une masse suffisante et une métallicité suffisamment faible, pourrait-elle former un trou noir supermassif ? Au contraire, y aurait-il des étoiles qui correspondent à cette catégorie ?


Comme vous le dites, la création rapide de trous noirs dans l'Univers primitif est un problème majeur non résolu en astrophysique. Il existe diverses hypothèses, dont deux correspondent à peu près à des étoiles supermassives. Tout implique essentiellement d'essayer de donner au trou noir une longueur d'avance en masse. Il n'y a pas vraiment assez de temps pour faire grandir un trou noir de 100 $,M_odot$ à 10^9,M_odot$, donc l'idée est plutôt d'obtenir quelque chose de plus massif que quelques $ imes1000,M_ odot$. La revue la plus récente que je connaisse est probablement Volonteri (2010), mais je ne suis pas à jour sur la littérature.

En gros, imaginez quelques centaines de milliers de masses solaires de gaz s'effondrant dans une galaxie primordiale. Lorsque le gaz s'effondre, il se fragmente potentiellement, selon qu'il peut ou non se refroidir efficacement. Si c'est le cas, les fragments peuvent vraisemblablement former des étoiles, mais dans un amas très dense. En fin de compte, soit (a) les étoiles massives de l'amas s'effondrent dans des trous noirs qui fusionnent ensuite en un trou noir plus grand, qui peut par la suite s'accumuler vers la supermassivité (supermasse ?) ; ou (b) les étoiles individuelles fusionnent d'abord au centre, créant une étoile de peut-être quelques milliers de masses solaires, qui s'effondrerait en un trou noir massif qui pourrait se développer.

Si le nuage galactique primordial ne se fragmente pas, on s'attend à une sorte d'effondrement monolithique. Quelque part au milieu, le gaz commencera à atteindre l'équilibre hydrostatique : une protoétoile se forme. Mais c'est une protoétoile qui accumule potentiellement plusieurs masses solaires de matière par an (ou même plus rapidement). Ce qui se passe ensuite dépend de si cette arrivée rapide de matière doit avoir le temps d'atteindre l'équilibre thermique local avec la protoétoile, ou si elle s'accumule simplement à l'extérieur.

Dans le premier cas, alors la protoétoile peut devenir très grande : des milliers ou des dizaines de milliers de masses solaires, ce qui, comme le produit de superfusion ci-dessus, laisse vraisemblablement un trou noir massif à la fin. Si la petite protoétoile évolue indépendamment du gaz entrant, elle est probablement aussi assez grosse pour laisser un trou noir, juste beaucoup plus petit : des dizaines, voire des centaines de masses solaires. Mais c'est un trou noir incrusté dans cet énorme nuage de gaz tombant, qui s'installe potentiellement dans une enveloppe autour du trou noir. Cette structure a été surnommée une "quasi-étoile", et le trou noir à l'intérieur peut se développer très rapidement dans ce cocon. Finalement, l'enveloppe s'évaporera/se dispersera, laissant le trou noir désormais massif continuer à s'accumuler vers la supermassivité.

Notez que ces mécanismes de formation devraient être particuliers à l'Univers primordial. Une fois que vous ajoutez même une petite quantité de métaux au gaz, la formation d'étoiles devrait ressembler beaucoup plus à l'Univers "moderne". En fait, la formation d'étoiles dans ces scénarios est encore loin d'être réglée. La raison principale est que vous devez suivre l'évolution du gaz depuis l'échelle de la protogalaxie jusqu'aux protoétoiles à l'intérieur. Il s'agit d'une gamme d'échelles comme $1,mathrm{AU}/10 000,mathrm{ly}approx10^{-9}$, ce qui est numériquement très difficile.

Et, enfin, pour répondre directement à la question, dans aucune des options d'étoiles supermassives, les étoiles ne s'effondrent vraiment dans des trous noirs supermassifs. Les SMBH sont si gros qu'ils ne peuvent avoir grandi que par accrétion. Les étoiles supermassives s'effondreraient dans leurs progéniteurs (ou "graines"), qui deviendraient par la suite des masses aussi importantes.


Les toutes premières étoiles ont été construites à partir de matériaux produits lors du big bang. Ce serait presque totalement de l'hydrogène et de l'hélium sans "métaux". Il est plus facile de former des étoiles plus massives à partir d'un tel matériau car il est plus transparent au rayonnement. Néanmoins, la plus grande de ces étoiles de population III n'est envisagée qu'à environ 1000 masses solaires.

Les trous noirs supermassifs ont donc besoin de croître (rapidement), soit par fusions en amas ou entre galaxies, soit par accrétion rapide de gaz sur un trou noir "graine" de masse beaucoup plus faible.

Exactement comment est un problème majeur d'astrophysique non résolu.


Des étoiles peuvent-elles jamais former des trous noirs supermassifs ? - Astronomie

Trous noirs supermassifs
BBC2 21h00 jeudi 30 novembre 2000

Une fin violente pour la Terre ? En juin 2000, des astronomes ont fait une découverte extraordinaire. Celui qui promet de résoudre l'un des plus gros problèmes de la cosmologie - comment et pourquoi les galaxies sont créées. Incroyablement, la réponse implique les objets les plus étranges, destructeurs et terrifiants de l'Univers - les trous noirs supermassifs. Les scientifiques commencent à croire que ces forces de destruction pure contribuent en réalité à déclencher la naissance des galaxies et sont donc au cœur de la création des étoiles, des planètes et de toute vie.

Les trous noirs supermassifs sont si extraordinaires que jusqu'à récemment, de nombreuses personnes doutaient de leur existence. L'idée de trous noirs géants de la taille du système solaire ressemblait plus à de la science-fiction qu'à la réalité - de tels monstres seraient si puissants qu'ils pourraient détruire le tissu même de l'univers. Mais au cours des cinq dernières années, une série de découvertes a changé à jamais notre compréhension des trous noirs supermassifs et des galaxies.

À l'aide du puissant télescope spatial Hubble, les scientifiques ont scanné les galaxies voisines à la recherche de ces trous noirs géants. C'est un travail difficile - de par leur nature même, les trous noirs avalent la lumière - ils ne peuvent donc jamais être vus. Donc, ce que les scientifiques recherchent, c'est l'effet de leur gravité massive, projetant des étoiles autour d'eux à une vitesse immense. Ce qu'ils ont trouvé est plus extraordinaire que quiconque aurait pu imaginer non seulement la preuve que ces vastes monstres destructeurs existent et hellip, mais jusqu'à présent, ils se trouvent dans chaque galaxie vers laquelle ils ont tourné leurs télescopes. Ces agents de destruction géants semblent être communs dans tout l'Univers. Les scientifiques pensent maintenant que les trous noirs supermassifs sont un élément fondamental de ce qu'est réellement une galaxie.

Au cœur de chaque galaxie se cache un trou noir géant aux proportions apocalyptiques - et cela inclut notre propre galaxie, la Voie lactée. L'astronome Andrea Ghez étudie le cœur de la Voie lactée depuis cinq ans. Ce qu'elle a découvert est la preuve irréfutable d'un trou noir géant, 3 milliards de fois la taille de notre propre soleil. Un trou noir qui pourrait détruire tout le système solaire. Et pendant le tournage d'Horizon en juillet 2000, Ghez a eu des images terrifiantes - du monstre géant aspirant du gaz et des étoiles au cœur de la galaxie.

Alors que fait ce monstre géant au cœur de notre galaxie ? Quel effet ce trou noir géant à 25 000 années-lumière aura-t-il sur nous et sur le reste de la galaxie qui l'entoure ? Ce sont des questions qui ont dérouté les astronomes au cours des dernières années - et en juin, deux groupes distincts de scientifiques ont trouvé des preuves qui suggèrent une réponse surprenante. Plutôt que d'être des parasites destructeurs, il semble que les trous noirs supermassifs puissent être essentiels à la création même des galaxies dans lesquelles ils vivent.

La manière exacte dont notre galaxie a été créée a mystifié les astronomes et les physiciens pendant des années. Bien qu'il y ait eu de nombreuses théories, il y a peu de preuves pour expliquer comment le gaz dans l'Univers primitif s'est condensé pour former la galaxie que nous voyons aujourd'hui. Maintenant, les scientifiques réalisent qu'il leur a manqué un ingrédient vital - un trou noir supermassif. L'immense gravité d'un trou noir géant pourrait déclencher l'effondrement du gaz en premier lieu. En brassant le gaz autour de lui, un trou noir géant déclencherait la naissance d'étoiles, de planètes et de la vie elle-même. Bien qu'il soit la chose la plus destructrice de l'Univers, les scientifiques pensent maintenant que notre trou noir supermassif pourrait être crucial dans la création de la galaxie telle que nous la connaissons.

Le trou noir supermassif dans notre propre galaxie est peut-être la raison pour laquelle nous existons, mais des travaux récents suggèrent que cela pourrait aussi être notre fin. À l'heure actuelle, la Terre est si loin du trou noir qu'elle ne peut pas nous affecter, mais le physicien John Dubinski pense que tout cela pourrait changer. En janvier 2000, il a simulé graphiquement le destin final de notre galaxie. Dans 3 milliards d'années, nous entrerons en collision avec la galaxie voisine, Andromède. L'apocalypse qui en résultera forcera la Terre et notre système solaire à sortir de leur orbite. Dubinski a calculé une probabilité inquiétante de 50:50 que nous soyons envoyés vers le trou noir au centre de ce maelström. Ce serait fatal pour la Terre.

NARRATEUR (JOHN SHRAPNEL) : Plus tôt cette année, deux astronomes ont fait une découverte extraordinaire, qui va bouleverser notre compréhension de la formation de l'Univers.

PROF. KARL GEBHARDT (Nuker Team) : Nous ne reverrons plus jamais un moment comme celui-ci en astronomie.

PROF. LAURA FERRARESE (Rutgers University) : Vraiment, l'air est rempli de nouvelles découvertes et de nouvelles idées.

NARRATEUR : Ce qu'ils ont découvert était une relation très simple, une relation entre la galaxie dans laquelle nous vivons et la force la plus destructrice de l'Univers. Un trou noir supermassif. Il a mis le feu au monde de la cosmologie.

KARL GEBHARDT : Il y a six mois, les gens n'étaient pas très enthousiasmés par les trous noirs supermassifs. L'astronome général ne se souciait guère des trous noirs supermassifs. Maintenant ils doivent et maintenant ils feraient mieux !

NARRATEUR : Le but ultime de la cosmologie est de comprendre comment l'Univers s'est formé. L'une des questions les plus importantes est de savoir comment les galaxies ont été créées, car sans elles, nous n'existerions pas.

DR ANDREW FRUCHTER (Space Telescope Science Institute): Les galaxies contiennent presque toutes les étoiles que nous voyons dans l'Univers et peut-être les endroits où toutes les étoiles de l'Univers seront créées et les étoiles sont ce qui produit de l'oxygène, du carbone, des planètes, tout ce dont vous avez besoin pour la vie et sans vie, vous n'avez pas d'astronomes.

NARRATEUR : Nous voyons notre galaxie, la Voie lactée, comme une bande d'étoiles dans le ciel. En fait, c'est un disque rotatif géant de 200 000 années-lumière de large. Il contient plus de 200 milliards d'étoiles comme notre propre soleil, qui tournent lentement autour du centre, mais nous ne sommes qu'une galaxie sur 125 milliards de différentes formes et tailles tournant dans l'espace. Pourtant, les scientifiques n'ont pas été en mesure d'expliquer comment une seule de ces galaxies a été créée.

ANDREW FRUCHTER : La formation des galaxies est un processus très compliqué. Cela implique la gravité et cela implique la collision de grosses boules de gaz, cela implique la dynamique des étoiles, cela implique la chimie du gaz qui se rassemble.

NARRATEUR : Tout ce que nous savons, c'est que lorsque l'Univers était jeune, il n'y avait pas d'étoiles ou de planètes, juste de grands nuages ​​tourbillonnants d'hydrogène gazeux. Le mystère est de savoir comment chacun de ces nuages ​​s'est transformé en : les galaxies complexes d'étoiles que nous voyons aujourd'hui.

ANDREW FRUCHTER : Nous ne savons tout simplement pas comment ils le font, comment les galaxies se sont formées à partir du, le gaz chaud ionisé qui a rempli l'Univers est encore de la physique que nous ne comprenons pas encore vraiment.

NARRATEUR : La manière exacte dont les galaxies ont été créées a troublé les plus grands astronomes et physiciens du monde pendant des décennies, mais il y a 6 mois, les scientifiques ont trouvé des preuves d'une réponse extraordinaire. L'équipe Nuker est un groupe d'astronomes mondialement respectés, mais ce ne sont pas des experts en galaxies. Ce sont des experts des forces les plus violentes et destructrices connues de la science : les trous noirs supermassifs. Jusqu'à récemment, les trous noirs supermassifs n'étaient qu'une théorie. Ce sont des trous noirs géants aux proportions apocalyptiques.

KARL GEBHARDT : Les trous noirs supermassifs sont un million à un milliard de fois la masse de, d'un, d'un trou noir typique.

PROF. SANDRA FABER (Équipe Nuker) : Ils pourraient remplir tout un système solaire.

NARRATEUR : Un trou noir supermassif est tout simplement la gravité devenue folle. Un objet de matière si concentrée que son attraction gravitationnelle est insatiable. Rien ne peut lui échapper, pas même la lumière elle-même. Tout ce qui se rapproche - gaz, étoiles et systèmes solaires entiers - est aspiré dans l'oubli. Il détruit même le tissu même de l'Univers. Si vous considérez l'Univers comme une toile d'espace-temps, la gravité des étoiles et des planètes ordinaires crée une brèche dans cette toile, mais l'immense gravité d'un trou noir supermassif est si destructrice qu'elle déforme l'espace-temps jusqu'au point de rupture. Au cœur d'un trou noir supermassif se trouve l'une des choses les plus mystérieuses de la physique - la singularité, un point où l'espace, le temps et toutes les lois connues de la physique s'effondrent.

SANDRA FABER : Ce qui se passe au centre de la singularité est un mystère complet et le résoudre va nécessiter une nouvelle physique que nous n'avons tout simplement pas en ce moment. Certaines personnes pensent que vous pouvez passer à travers la singularité et apparaître dans une autre partie de l'Univers. Les théories de la singularité sont, certaines d'entre elles sont très, très radicales. Nous ne savons tout simplement pas.

NARRATEUR : Les trous noirs supermassifs sont si bizarres que, jusqu'à récemment, de nombreux scientifiques doutaient de leur existence. C'était une idée extrême, imaginée pour expliquer un type de galaxie très rare et lointain : les galaxies actives. Ce sont parmi les objets les plus brillants de l'Univers. Ces galaxies ont un noyau brûlant brillant avec de vastes jets d'énergie jaillissant du centre. Ce cœur féroce de gaz chauds brillants s'appelle un quasar. Les scientifiques pensaient que cette masse tourbillonnante pourrait être causée par un trou noir géant aspirant du gaz et des étoiles, se nourrissant littéralement du centre de la galaxie.

PROF. JOHN KORMENDY (Équipe Nuker) : L'idée est que les quasars que nous voyons qui semblent si brillants ne sont pas le trou noir, le trou noir supermassif, ce sont le gaz qui est sur le point de tomber dans le trou noir supermassif, qui le contourne , brillant très fort juste avant qu'il ne disparaisse dans le trou noir.

NARRATEUR : Un trou noir géant aurait une attraction gravitationnelle si écrasante qu'elle projetterait du gaz et des étoiles autour de lui à presque la vitesse de la lumière. Le choc violent chaufferait le gaz jusqu'à plus d'un million de degrés.

JOHN KORMENDY : Le gaz se frotte essentiellement contre lui-même et devient extrêmement chaud et le gaz extrêmement chaud brille très intensément.

NARRATEUR : En réalité, bien qu'un quasar brûle vivement, il est en fait impossible de voir s'il y a un trou noir au milieu. Paradoxalement, le trou noir est rendu invisible par le fait qu'il avale de la lumière. Ainsi, pendant des années, personne n'a pu être certain de l'existence réelle de trous noirs supermassifs au cœur de ces étranges galaxies actives. Les Nukers ont passé les deux dernières décennies à chasser ces monstres insaisissables. Le premier problème auquel ils ont été confrontés était de prouver que les trous noirs supermassifs existaient. Ce qu'ils allaient découvrir serait plus étrange que la plupart des gens auraient pu l'imaginer. L'un des premiers Nukers à essayer d'en trouver un fut Alan Dressler. En 1983, il est venu au télescope Palomar en Californie, convaincu qu'il avait trouvé un moyen de prouver que les trous noirs supermassifs existent.

DR. ALAN DRESSLER (Équipe Nuker) : Vous ne pouvez pas voir un trou noir directement - c'est ce qui en fait un trou noir - alors ce que vous recherchez, c'est la preuve de sa gravité, vous regardez comment il tire sur les étoiles qui arrivent à proximité.

NARRATEUR : Dressler savait que bien qu'un trou noir soit invisible, son immense gravité projetterait des étoiles autour de lui à plus de 500 000 kilomètres à l'heure. En mesurant la vitesse à laquelle ces étoiles se déplaçaient, il a pu prouver s'il y avait vraiment un trou noir au centre d'une galaxie active.

ALAN DRESSLER : J'ai choisi une galaxie à proximité qui s'appelle NGC1068, une galaxie active, ce qui signifiait qu'elle contenait probablement un trou noir supermassif, du moins c'est ce que nous voulions prouver.

NARRATEUR : Pour être certain que les étoiles se déplaçaient anormalement vite dans NGC1068, Dressler a voulu les comparer avec les étoiles d'une galaxie normale, sans trou noir. Les étoiles tournant autour d'un centre de gravité faible se déplaceraient à la moitié de la vitesse. Donc, pour cette comparaison, il a choisi la galaxie très ordinaire à côté de nous, Andromède, avec un centre calme et inactif comme le nôtre. Pour mesurer la vitesse des étoiles dans ces deux galaxies très différentes, Dressler a utilisé un instrument appelé spectroscope. Cela examine le motif changeant de la lumière provenant des étoiles lorsqu'elles tournent autour du noyau de la galaxie. Le spectroscope montre le centre de la galaxie sous la forme d'une bande blanche et le mouvement des étoiles autour du noyau est tracé par une ligne verticale sombre. Si les étoiles au centre de la galaxie tournent lentement, la bande sombre ne montrerait pratiquement aucun changement, mais si elles voyagent à grande vitesse, sifflant vers et loin de nous de chaque côté d'un trou noir supermassif, la bande sombre devrait montrer un changement soudain au centre de la galaxie.

ALAN DRESSLER : Je m'attendrais à voir un changement assez rapide dans cette ligne sombre, de sorte qu'il y aurait un très grand changement de vitesse d'un côté de la galaxie à l'autre, très soudainement, juste au centre, et cela montrent que les étoiles se déplaçaient très rapidement au centre de la galaxie en raison de l'influence d'une grande masse au centre, le trou noir supermassif.

NARRATEUR : Au cours des nuits suivantes, Dressler a mesuré la vitesse des étoiles à NGC1068 et à Andromède. Lorsque les résultats sont descendus du télescope, il a vu quelque chose de complètement inattendu. L'image de la galaxie active, où il espérait trouver un trou noir, était illisible. NGC1068 était tout simplement trop loin pour que le télescope puisse obtenir une image claire. La surprise est venue d'Andromède, la galaxie calme et normale juste à côté de nous.

ALAN DRESSLER : J'ai été étonné quand j'ai trouvé ce que je cherchais, mais pas où je le cherchais. Ce jogging dans cette bande sombre montre que d'un côté les étoiles s'éloignaient très rapidement de nous à 150 kilomètres par seconde, soit 500 000 kilomètres par heure.

NARRATEUR : Dressler pensait qu'il ne pouvait y avoir qu'une seule chose qui ferait bouger les étoiles aussi vite : un trou noir supermassif et il n'était pas seul. Son collègue Nuker John Kormendy avait trouvé exactement la même chose.

JOHN KORMENDY: Au moment où j'ai pu voir ce mouvement, j'ai su essentiellement instantanément qu'il y avait de très bonnes chances que ce soit un trou noir supermassif. Quand vous voyez quelque chose comme ça, vous savez que vous êtes sur quelque chose.

NARRATEUR : Ils avaient trouvé des preuves de la force la plus terrifiante de la nature, mais ce qui est inquiétant, ce n'était pas dans une galaxie active lointaine. Ce trou noir supermassif se trouvait dans la galaxie très ordinaire juste à côté de nous. Andromède semblait avoir un trou noir mais pas de quasar brillant.

ALAN DRESSLER : S'il y avait un trou noir supermassif, pourquoi ne brillait-il pas ? Cela suggérait qu'il n'y avait pas de choses qui tombaient. Peut-être que beaucoup de galaxies pourraient avoir une phase de dormance où elles avaient un trou noir supermassif mais elles n'étaient pas nourries donc elles ne brillaient pas.

NARRATEUR : Quelques théoriciens avaient prédit cette chose : les trous noirs supermassifs pourraient exister dans deux états. Quand il se nourrit, un trou noir géant crée un disque de gaz brûlant autour de lui, puis pour une raison quelconque, il cesse de se nourrir, laissant un noyau sombre et mortel menaçant au centre de la galaxie et l'un de ces monstres sombres et silencieux a été trouvé dans notre galaxie voisine. La découverte d'un énorme trou noir qui se cache si près de nous a fait les gros titres du monde entier, mais de nombreux scientifiques ont trouvé la nouvelle impossible à croire. Ils ne pensaient pas que les preuves étaient assez bonnes pour une idée aussi extrême. Même les Nukers eux-mêmes ont commencé à avoir des doutes.

JOHN KORMENDY : Il y a toujours le danger qu'au lieu d'être un trou noir, ce soit un amas dense de quelque chose d'autre qui soit sombre, ce ne soit pas un trou noir.

PROF. DOUG RICHSTONE (Équipe Nuker) : Je pensais qu'il y avait de bonnes chances que nous ayons fait une terrible erreur stupide et que quelqu'un d'ici un an allait écrire un article et montrer que nous étions une bande d'idiots et que nous nous sentirions terrible à ce sujet.

NARRATEUR : Pour convaincre les sceptiques, ils devaient trouver plus de trous noirs supermassifs dans beaucoup plus de galaxies. Pour cela, ils devaient chercher plus loin dans l'espace. Ils se sont donc tournés vers le télescope spatial Hubble. À partir de 1994, Hubble a commencé une étude systématique des centres de galaxies lointaines à la recherche de la signature révélatrice des étoiles tournant autour d'un trou noir supermassif.

(ACTUALITÉ SCIENTIFIQUE CHAT)

Les astronomes ont commencé par regarder une galaxie active, M87. Comme prévu, il y avait un trou noir géant qui alimentait un grand jet d'énergie dans l'espace. Mais c'est lorsque la recherche s'est élargie pour inclure également les galaxies inactives, que quelque chose d'incroyable s'est produit. Dans chaque galaxie que les scientifiques ont examinée, ils ont trouvé des preuves d'un trou noir supermassif.

DOUG RICHSTONE : M31 et M32.

KARL GEBHARDT : Au total, il y a probablement 20 à 30 trous noirs qui ont été trouvés.

NARRATEUR : Les trous noirs supermassifs étaient censés être rares, mais Hubble les trouvait partout, à la fois se nourrissant dans les galaxies actives et se cachant tranquillement dans les galaxies ordinaires.

SANDRA FABER : Très vite, nous nous sommes habitués à l'idée que tout ce que nous regarderions aurait un trou noir. Vous savez, après les trois ou quatre premiers cas, nous commencions à nous demander : est-ce que tout le monde a un trou noir.

DOUG RICHSTONE : Un par un, nous voyions cette image émerger du brouillard qui, que chaque galaxie, ou presque chaque galaxie, avait un trou noir supermassif. C'était vraiment assez étonnant.

NARRATEUR : Loin d'être de rares monstres de la nature, les Nukers ont commencé à soupçonner que toutes les galaxies pouvaient avoir des trous noirs géants dans leur cœur. Si cela était vrai, cela révolutionnerait les idées sur ce qu'est réellement une galaxie. Plus inquiétant encore, cela signifiait qu'un trou noir supermassif se cachait au cœur de notre propre galaxie, la Voie lactée. Andrea Ghez vient à Hawaï depuis cinq ans, essayant de découvrir s'il y a un trou noir supermassif au milieu de la Voie lactée.

PROF. ANDREA GHEZ (Université de Californie, Los Angeles) : Quand j'ai commencé à penser à l'astronomie, je n'ai jamais pensé qu'il pourrait y avoir un trou noir supermassif au centre de notre galaxie. L'idée était que les galaxies tournaient juste autour de la masse du centre, qui n'était que des étoiles, du gaz et de la poussière et rien de particulièrement exotique.

NARRATEUR : Andrea Ghez a utilisé un télescope encore plus puissant que Hubble - le télescope Keck, perché à 14 000 pieds sur la montagne sacrée du Mauna Kea. Le télescope Keck est le plus grand télescope optique au monde. Il possède un vaste miroir de 10 mètres de diamètre composé de 36 segments de verre aluminisé hautement poli.

ANDREA GHEZ : Le télescope Keck est un télescope fabuleux à utiliser. C'est super parce que c'est grand. C'est un cas où plus c'est gros, mieux c'est. Vous pouvez collecter beaucoup de photons, vous pouvez voir des choses très faibles et cela vous permet de voir des détails très fins.

NARRATEUR : Quatre fois par an, Ghez braque le télescope sur les étoiles au cœur même de notre Voie lactée. Elle recherche les vitesses élevées révélatrices qui révèlent la présence d'un trou noir. Le centre de la Voie lactée est si proche et le télescope Keck si puissant que Ghez est capable de voir plus près du centre de la galaxie que quiconque ne l'a jamais fait auparavant.

ANDREA GHEZ : Voici un exemple d'une des images que nous avons eu hier soir. La vue était, c'était une sorte de nuit typique, pas la meilleure nuit, pas la pire nuit. Chacune de ces taches ici est une étoile et ce que vous voyez, c'est que chaque étoile est déformée - c'est ce que fait l'atmosphère. C'est comme regarder à travers un étang, comme si vous vouliez regarder un sou au fond d'un étang et que l'eau bouge, tout a l'air déformé et ça a l'air différent à chaque fois que vous regardez, donc c'est une exposition et l'exposition suivante ressemble à cette.

NARRATEUR : En superposant des milliers de ces images prises pendant la nuit, l'ordinateur peut compenser la distorsion de l'atmosphère en produisant une image détaillée du centre de la galaxie.

ANDREA GHEZ : Vous pouvez voir la position des étoiles très précisément. Si nous allons au centre ici et redimensionnons, nous voyons en fait qu'il y a des étoiles plus faibles vers le centre de notre champ de vision et ces étoiles sont extrêmement importantes. C'est le mouvement de ces étoiles qui révèle la présence du trou noir.

NARRATEUR : Ghez suit les mouvements de ces stars depuis cinq ans. S'il n'y avait pas de trou noir, ils se déplaceraient très lentement, mais elle a découvert qu'ils tournent à des vitesses de plus de 1 000 kilomètres par seconde.

ANDREA GHEZ : Ces étoiles que nous avons observées sont à 2 semaines-lumière du centre de notre galaxie, donc leur mouvement, le fait qu'elles parcourent 1 000 kilomètres par seconde, nous dit qu'en 2 semaines-lumière, il y a 2 millions de fois la masse du soleil de matière là-bas.

NARRATEUR : Il n'y a qu'une seule chose dans l'Univers aussi dense. Au centre de ce collier d'étoiles en rotation se trouve un trou noir supermassif. Vous ne pouvez pas le voir, mais il est là. La force la plus destructrice de l'Univers se cache au cœur de notre propre galaxie, la Voie lactée. Le casse-tête pour les cosmologistes maintenant est de savoir quel effet cela a sur la galaxie qui l'entoure. Si, comme il semble maintenant, chaque galaxie a un trou noir en son cœur, cela ne peut pas être une coïncidence. Peut-être que les trous noirs sont une partie essentielle de ce que sont les galaxies et de leur fonctionnement.

SANDRA FABER : Eh bien, maintenant que nous savons qu'ils sont dans toutes les galaxies, la question est que font-ils ? Sont-ils fondamentaux ou ne sont-ils qu'un artifice ? Influencent-ils vraiment la vie des galaxies, ou est-ce l'inverse - les galaxies les influencent-elles ? C'est ce que nous essayons de découvrir.

NARRATEUR : L'équipe Nuker a donc cherché à savoir s'il existait une relation entre les trous noirs supermassifs et les galaxies qui les entourent.

JOHN KORMENDY : Lorsque vous étudiez un objet dont vous ne savez presque rien, la première chose que vous voulez faire est de trouver un modèle de comportement régulier, car ce genre de chose peut vous enseigner une nouvelle science.

NARRATEUR : L'une des premières choses qu'ils ont remarquées était un lien étrange entre la taille de la galaxie et la taille du trou noir au milieu.

DR. JOHN MAGGORIAN (Équipe Nuker) : Nous avons découvert qu'il existe une relation entre la masse du trou noir et la masse de la galaxie hôte environnante dans le sens où les petites galaxies ont de petits trous noirs d'environ un million de masses solaires et les grandes galaxies ont de gros trous noirs trous d'environ un milliard de masses solaires.

NARRATEUR : Chaque trou noir était presque exactement proportionnel à la taille de sa galaxie. Peu importe sa taille, bizarrement, la galaxie a toujours eu un trou noir représentant un demi pour cent de sa masse totale.

JOHN MAGGORIAN : C'était surprenant et a immédiatement conduit à des questions : pourquoi ?

NARRATEUR : Personne ne s'était attendu à ce que la taille du trou noir et la taille de la galaxie puissent être liées. Cela suggérait une mystérieuse connexion invisible entre une galaxie et son trou noir, mais ce mystère, les scientifiques devraient attendre trois ans pour le résoudre.

La première percée est survenue lorsqu'un nouvel instrument a été ajouté au télescope spatial Hubble.

Cela a considérablement accéléré la découverte de nouveaux trous noirs, offrant aux scientifiques une multitude de nouvelles pistes potentielles à suivre. Depuis trois ans, les données arrivent sur Terre. Parmi ceux qui l'ont passé au crible, deux jeunes chercheurs concurrents. Ce qu'ils allaient découvrir cette année allait bouleverser le monde de la cosmologie.

LAURA FERRARESE : Chaque jour où je vais au travail, je ne sais pas vraiment ce qui va se passer, mais je peux compter que ça va être quelque chose d'excitant chaque jour.

KARL GEBHARDT : Ces six derniers mois ont été phénoménaux en termes de recherche sur les trous noirs. Nous avons été extrêmement excités, nous trouvons ces trous noirs dans, dans, en nombre que nous n'avions jamais pu faire auparavant.

NARRATEUR : Karl Gebhardt et Laura Ferrarese essayaient de trouver le lien fondamental entre les trous noirs et leurs galaxies, ils ont donc cherché dans toutes les différentes caractéristiques des galaxies à la recherche de nouveaux liens qui pourraient donner un indice. Mais ce n'est que lorsqu'ils ont examiné une propriété appelée sigma que le mystère a commencé à se dévoiler.

LAURA FERRARESE : Sigma est juste un nom très, très fantaisiste pour quelque chose qui est en fait très simple.

NARRATEUR : Sigma est la vitesse à laquelle les étoiles tournent dans les confins de la galaxie. Les étoiles au bord de la galaxie sont si éloignées du trou noir qu'elles ne sont absolument pas affectées par sa gravité.

JOHN KORMENDY : Ces étoiles ne sentent pas le trou noir, elles sentent le reste des étoiles de la galaxie, elles ne savent pas ou ne se soucient pas que le trou noir soit là. Si vous enleviez le trou noir de la galaxie, ils se déplaceraient exactement à la même vitesse.

NARRATEUR : Cela a conduit les scientifiques à croire qu'il n'y avait aucun lien entre la taille du trou noir et la vitesse des étoiles au bord de la galaxie. Ils étaient sur le point d'avoir tort. Au fur et à mesure que les deux chercheurs parcouraient les nouvelles données, ils devaient d'abord calculer la masse de chaque trou noir. Ensuite, ils ont découvert la vitesse à laquelle les étoiles se déplaçaient au bord de la galaxie et ont tracé tous ces chiffres sur un graphique.

KARL GEBHARDT : Au fur et à mesure qu'ils arrivaient, je prenais cette nouvelle masse de trou noir et le sigma de cette galaxie et l'ajoutais à mon intrigue.

NARRATEUR : Il ne devrait y avoir aucune relation entre les deux, mais alors qu'ils ajoutaient chaque nouveau point marquant la vitesse des étoiles par rapport à la masse du trou noir, un motif clair a commencé à émerger. À leur grand étonnement, les points se trouvaient dans une bande évidente à travers le graphique. Les propriétés étaient clairement liées : plus le trou noir était gros, plus la vitesse des étoiles au bord de la galaxie était rapide.

LAURA FERRARESE : Ce que nous avons découvert, c'est que les trous noirs supermassifs au centre des galaxies et les galaxies elles-mêmes sont vraiment très étroitement liés.

NARRATEUR : Les étoiles au bord de la galaxie n'ont aucun lien physique avec le trou noir. Pourtant, d'une manière ou d'une autre, leur vitesse est étroitement liée à la taille du trou noir à des milliards de kilomètres. Si les deux choses ne sont pas physiquement liées maintenant, cela signifie qu'elles doivent l'avoir été à un moment donné dans le passé.

KARL GEBHARDT : Le fait que nous voyions qu'il y a une relation si étroite entre la vitesse des étoiles et le trou noir au milieu est une sonde pour ce qui s'est passé au début de la galaxie.

JOHN KORMENDY : Cela vous crie quelque chose que vous ne comprenez pas encore à propos du lien entre la formation des galaxies et la formation des trous noirs.

NARRATEUR : La relation pointe vers une idée extraordinaire : que les galaxies et leurs trous noirs géants pourraient être liés dès la naissance. En fait, les scientifiques pensaient que les trous noirs supermassifs pourraient même être impliqués dans la formation des galaxies elles-mêmes.

SANDRA FABER : Cette corrélation est la chose la plus importante que nous ayons apprise sur les trous noirs supermassifs jusqu'à présent. Les astronomes sont toujours à la recherche de corrélations. Chaque fois que vous en trouvez un qui est vraiment serré, comme celui-ci, c'est un signe qu'il y a là-bas des bases de physique que vous devez rechercher.

NARRATEUR : Il se trouve que la physique qui pourrait expliquer ce qui se passait avait été suggérée des années auparavant : par les théoriciens Martin Rees et Jo Silk. Jo Silk a passé une grande partie de sa vie à essayer de résoudre le mystère de la formation des galaxies. Il y a trois ans, il est devenu clair qu'il lui manquait un ingrédient vital. S'il y avait un trou noir dans chaque galaxie, alors les scientifiques devraient expliquer ce qu'il fait là-bas.

PROF. JOSEPH SILK (Université d'Oxford) : Nous avons dû repenser nos idées sur la façon dont les galaxies ont été faites. Pour comprendre la première lumière de l'Univers, nous devons vraiment inclure le rôle de ces trous noirs supermassifs dans la formation des galaxies.

NARRATEUR : Toutes les idées précédentes sur la formation des galaxies supposaient que le gaz dans l'Univers primitif se condensait simplement pour former des étoiles et des galaxies. Silk et Rees ont eu une idée complètement différente. Ils ont suggéré que le centre de chaque premier nuage de gaz aurait pu s'effondrer pour former un trou noir géant. Le trou noir commencerait immédiatement à se nourrir du gaz qui l'entourait, créant un quasar brillant. Silk s'est rendu compte que l'énergie de ce quasar nouvellement formé créerait d'intenses changements de température dans le gaz environnant. Cela provoquerait la condensation du gaz autour du trou noir et de son quasar nouvellement formé en étoiles, ce qui signifie, en effet, que le trou noir aurait pu contribuer à déclencher la naissance de la galaxie.

JOSEPH SILK : Nous pensons normalement aux trous noirs comme étant des influences destructrices sur leur environnement. Dans ce cas, ils sont créatifs, ils ont un impact très positif sur la formation des galaxies.

NARRATEUR : Mais il y avait plus. Cette théorie a prédit quand et pourquoi le trou noir finirait par s'arrêter de se nourrir et se taire. Ils ont calculé que cela se produirait lorsque le trou noir d'alimentation deviendrait si grand que la grande quantité d'énergie crachant de son quasar brillant forcerait littéralement le reste de la galaxie hors de sa portée.

JOSEPH SILK : Il a pour effet de pousser un vent contre le gaz environnant et de chasser le gaz environnant comme un chasse-neige.

NARRATEUR : Avec seulement son quasar tourbillonnant chaud à sa portée, le trou noir l'avalerait puis cesserait de se nourrir. Il resterait invisible au centre de la galaxie. Silk et Rees ont calculé que ce moment où le trou noir repoussait la galaxie environnante dépendrait, bizarrement, de la vitesse à laquelle les étoiles de la galaxie extérieure se déplaçaient. Plus ces étoiles tournaient vite, plus il serait difficile de les repousser et plus le trou noir devrait grandir pour produire suffisamment d'énergie pour surmonter le mouvement des étoiles tournantes. Ce qui signifie que la taille du trou noir dépend en fin de compte de la vitesse à laquelle les étoiles se déplacent dans la galaxie nouvellement formée qui l'entoure.

JOSEPH SILK : Si notre théorie est correcte, il devrait y avoir une relation simple entre la masse du trou noir central et la vitesse ou le sigma des étoiles dans la galaxie environnante nouvellement formée.

NARRATEUR : Et c'est exactement ce qui vient d'être trouvé. Cela signifie que la théorie de Silk et Rees est peut-être juste et s'il est également vrai que les trous noirs supermassifs ont aidé à déclencher la formation d'étoiles, alors cela doit signifier que tous les trous noirs géants et leurs galaxies sont connectés depuis la naissance. Cela signifie que la réponse au mystère de la formation des galaxies pourrait résider dans la création des trous noirs supermassifs en leur cœur.

LAURA FERRARESE : La véritable implication de la relation est que tout ce qui a contrôlé la formation de la galaxie et tout ce qui a contrôlé la formation du trou noir supermassif est fondamentalement la même chose, il n'y a qu'une seule chose derrière tout.

NARRATEUR : La découverte a fait sensation. Les trous noirs soudainement supermassifs sont une grande nouveauté en cosmologie.

KARL GEBHARDT : Je suis très heureux de vous parler de certains des résultats sur lesquels j'ai travaillé ces derniers mois.

SCIENTIFIQUE : Nous pensons que la plupart des galaxies, et peut-être toutes, contiennent des trous noirs supermassifs au niveau de l'hellip

LAURA FERRARESE : Vraiment jusqu'à il y a cinq ans, ils n'étaient considérés que comme des bizarreries, vous savez, des curiosités très exotiques et certainement fascinantes mais sans aucune conséquence et maintenant nous savons que ce n'est pas vrai. Les trous noirs supermassifs sont vraiment le constituant fondamental des galaxies et il faut en tenir compte.

NARRATEUR : Ensemble, la théorie et l'observation conduisent les scientifiques vers une nouvelle vision de la formation des galaxies. Ce n'est encore qu'une théorie et il y a beaucoup de détails à régler, mais si c'est vrai, alors tout aurait commencé comme ça. Au début de l'Univers, une époque de gaz informe, chaque nuage de gaz tourbillonnant serait devenu une galaxie avec un événement crucial : la création d'un trou noir vorace. Le trou noir aurait immédiatement commencé à se frayer un chemin à travers le nuage de gaz. Cela aurait déclenché des explosions géantes de formation d'étoiles et la galaxie aurait pris vie. Finalement, le trou noir et son quasar auraient repoussé le reste de la galaxie. Après avoir aspiré son quasar et n'ayant plus rien pour se nourrir, le trou noir serait resté sombre et silencieux au cœur de la galaxie. Ainsi, un trou noir supermassif, une force de destruction terrible, pourrait également être fondamental dans la création de notre galaxie. Néanmoins, son pouvoir destructeur latent ne doit pas être sous-estimé. De retour à Hawaï, Andrea Ghez a fait une nouvelle découverte. Elle a découvert une nouvelle source de lumière au centre de notre galaxie. Le trou noir peut recommencer à se nourrir.

ANDREA GHEZ : Tout à coup, nous avons vu quelque chose qui ressemble à une étoile, mais qui n'en est peut-être pas une, mais c'est définitivement un nouvel objet sur notre carte et ce qui est intéressant, c'est qu'il est situé là où nous pensons que le trou noir est.

NARRATEUR : Ghez pense que ce point de lumière pourrait être quelque chose d'étonnant.

ANDREA GHEZ: Une idée qui m'intrigue particulièrement en ce moment est l'idée que peut-être le trou noir se nourrit davantage en ce moment.

NARRATEUR : Un trou noir supermassif silencieux peut recommencer à se nourrir à tout moment. La lumière pourrait provenir du gaz chaud car il est aspiré dans le trou noir. Si cette lumière n'était qu'une autre étoile, elle tournerait avec les autres. Si c'est le trou noir lui-même, alors il devrait rester immobile. Alors pour voir si ça bougeait, Andrea en a pris deux photos, une en mai et une en juillet.

ANDREA GHEZ : Si nous faisons des allers-retours entre les deux, vous pouvez voir la nouvelle source. Vous pouvez également voir que les autres étoiles que nous avons dites être des étoiles à grande vitesse se déplacent.

NARRATEUR : Bien que les étoiles autour d'elle bougent, la nouvelle source reste immobile. Cela suggère que la lumière vient du centre même de la galaxie, le trou noir supermassif lui-même.Andrea pense que la lumière qu'elle voit provient du gaz chaud aspiré dans le vortex du trou noir. Donc, si notre trou noir a recommencé à se nourrir, cela pourrait-il affecter la Terre même si nous sommes à 24 000 années-lumière ?

ANDREA GHEZ : Nous ne risquons absolument pas d'être mangés par le trou noir supermassif et en fait si nous pensons que le trou noir traverse une alimentation légèrement plus grande en ce moment, c'est minuscule, c'est minuscule comparé à quelle autre galaxie, les galaxies le font en fait, c'est toujours un trou noir très silencieux. Malgré le fait qu'il pourrait y avoir de nouvelles émissions, il est toujours extrêmement faible.

NARRATEUR : Notre trou noir est simplement l'équivalent d'une petite collation, se nourrissant d'un filet de gaz qui s'est égaré trop près. Le trou noir a cessé de croître il y a des milliards d'années. Seule une catastrophe majeure pourrait la faire redémarrer, quelque chose d'assez violent pour projeter des étoiles de la sécurité du bord de notre galaxie dans son cœur mortel et nous savons maintenant qu'un jour cette catastrophe pourrait arriver. En janvier de cette année, John Dubinski a entrepris de calculer le sort final de notre galaxie, la Voie lactée, et celui de notre plus proche voisin, Andromède.

PROF. JOHN DUBINSKI (Université de Toronto) : La galaxie d'Andromède est en train de tomber vers la Voie lactée, ce qui signifie qu'ils auront probablement une rencontre rapprochée à un moment donné dans le futur.

NARRATEUR : En ce moment, Andromède se dirige vers nous à 400 000 kilomètres à l'heure et les scientifiques pensent qu'un jour elle nous frappera. Dubinski a donc décidé de déterminer ce qui nous arrivera dans 3 milliards d'années, lorsque les deux galaxies finiront par entrer en collision. Après un calcul long et complexe, le résultat était une image vivante de la collision imminente. Une prédiction détaillée de la fin de la Voie lactée.

JOHN DUBINSKI : Les nuages ​​de gaz se heurtent à ces vitesses énormes, des centaines de kilomètres par seconde, et cela crée essentiellement de grandes ondes de choc qui se déplacent à travers le gaz et le chauffent à une température élevée.

NARRATEUR : Au cœur de ce maelström, le gaz bouillant est projeté vers les deux trous noirs convergents. Cela déclenche une violente frénésie d'alimentation double alors que les deux monstres se rapprochent l'un de l'autre.

JOHN DUBINSKI : Et finalement, ces deux trous noirs indépendants avec leurs disques d'accrétion formeront une spirale ensemble et se fusionneront pour former un trou noir encore plus massif.

NARRATEUR : Dubinski a calculé que cette violente collision ferait sortir la Terre et son système solaire de leur orbite. Deux destins possibles nous attendent. Si nous sommes d'un côté de la galaxie lorsque cet affrontement se produit, nous pourrions être jetés dans le vide de l'espace - si nous avons de la chance.

JOHN DUBINSKI : La deuxième possibilité est que nous soyons de l'autre côté de la galaxie au moment de la collision auquel cas nous pourrions être projetés en plein centre de ce chaos.

NARRATEUR : Au centre actif de la galaxie en fusion, l'énorme trou noir d'alimentation déclenchera des explosions stellaires géantes et des supernovae. C'est une mauvaise nouvelle pour la Terre.

JOHN DUBINSKI : Il pourrait y avoir une horrible catastrophe. L'onde de rayonnement de l'onde de choc de la supernova frapperait l'atmosphère et la ferait bouillir en un instant, donc l'atmosphère disparaîtrait, les mers s'évaporeraient dans l'espace et la Terre serait grillée.


Dernières nouvelles de l'astronomie : comment se forment des trous noirs supermassifs !

Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Université de Cardiff se dit plus près de comprendre comment un trou noir supermassif (SMBH) est né grâce à une nouvelle technique qui leur a permis de zoomer sur l'un de ces objets cosmiques énigmatiques avec des détails sans précédent.

Les scientifiques ne savent pas si les SMBH se sont formés dans des conditions extrêmes peu de temps après le big bang, dans un processus appelé « effondrement direct », ou ont été développés beaucoup plus tard à partir de trous noirs « graines » résultant de la mort d'étoiles massives.

Si la première méthode était vraie, les SMBH naîtraient avec des masses extrêmement importantes – des centaines de milliers à des millions de fois plus massives que notre Soleil – et auraient une taille minimale fixe.

Si ce dernier était vrai, les SMBH seraient au départ relativement petits, environ 100 fois la masse de notre Soleil, et commenceraient à grossir au fil du temps en se nourrissant des étoiles et des nuages ​​de gaz qui les entourent.

Les astronomes s'efforcent depuis longtemps de trouver les SMBH de masse les plus faibles, qui sont les chaînons manquants nécessaires pour déchiffrer ce problème.

La célèbre image de Supermassive Black Hole M87 – ce n'est pas un “silencieux” Black Hole. Crédits : collaboration Event Horizon Telescope et al.

Dans une étude publiée aujourd'hui, l'équipe dirigée par Cardiff a repoussé les limites, révélant l'un des SMBH de plus faible masse jamais observés au centre d'une galaxie voisine, pesant moins d'un million de fois la masse de notre soleil.

Le SMBH vit dans une galaxie connue sous le nom de « Mirach's Ghost », en raison de sa proximité avec une étoile très brillante appelée Mirach, ce qui lui donne une ombre fantomatique.

Les découvertes ont été faites à l'aide d'une nouvelle technique avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un télescope de pointe situé en hauteur sur le plateau de Chajnantor dans les Andes chiliennes qui est utilisé pour étudier la lumière de certains des plus froids objets dans l'Univers.

"Le SMBH dans Mirach's Ghost semble avoir une masse dans la plage prédite par les modèles" d'effondrement direct "", a déclaré le Dr Tim Davis de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff.

"Nous savons qu'il est actuellement actif et qu'il avale du gaz, donc certains des modèles les plus extrêmes d'"effondrement direct" qui ne font que des SMBH très massifs ne peuvent pas être vrais.

"Cela ne suffit pas à lui seul pour faire définitivement la différence entre l'image de la "graine" et "l'effondrement direct" - nous devons comprendre les statistiques pour cela - mais c'est un pas énorme dans la bonne direction."

Les trous noirs sont des objets qui se sont effondrés sous le poids de la gravité, laissant derrière eux des régions de l'espace petites mais incroyablement denses d'où rien ne peut s'échapper, pas même la lumière.

Un SMBH est le plus grand type de trou noir qui peut représenter des centaines de milliers, voire des milliards de fois la masse du Soleil.

On pense que presque toutes les grandes galaxies, comme notre propre Voie lactée, contiennent un SMBH situé en son centre.

"Des SMBH ont également été trouvés dans des galaxies très lointaines car ils sont apparus quelques centaines de millions d'années seulement après le big bang", a déclaré le Dr Marc Sarzi, membre de l'équipe du Dr Davis de l'Armagh Observatory & Planetarium.

« Rechercher les plus petits trous noirs supermassifs dans les galaxies voisines pourrait nous aider à découvrir comment [ils] ont commencé. ” – Dr Marc Sarzi, Armagh Observatory and Planetarium

"Cela suggère qu'au moins certains SMBH auraient pu devenir très massifs en très peu de temps, ce qui est difficile à expliquer selon les modèles de formation et d'évolution des galaxies."

"Tous les trous noirs se développent en avalant des nuages ​​de gaz et en perturbant les étoiles qui s'aventurent trop près d'eux, mais certains ont une vie plus active que d'autres."

« Rechercher les plus petits SMBH dans les galaxies proches » a poursuivi le Dr Sarzi « pourrait donc nous aider à révéler comment les SMBH commencent »

Dans leur étude, l'équipe internationale a utilisé de toutes nouvelles techniques pour zoomer plus que jamais au cœur d'une petite galaxie proche, appelée NGC404, leur permettant d'observer les nuages ​​de gaz tourbillonnant qui entouraient le SMBH en son centre.

Le télescope ALMA a permis à l'équipe de résoudre les nuages ​​de gaz au cœur de la galaxie, révélant des détails de seulement 1,5 année-lumière de diamètre, ce qui en fait l'une des cartes de gaz à la plus haute résolution jamais réalisée pour une autre galaxie.

Pouvoir observer cette galaxie avec une résolution aussi élevée a permis à l'équipe de surmonter une décennie de résultats contradictoires et de révéler la vraie nature du SMBH au centre de la galaxie.

"Notre étude démontre qu'avec cette nouvelle technique, nous pouvons vraiment commencer à explorer à la fois les propriétés et les origines de ces objets mystérieux", a poursuivi le Dr Davis.

"S'il existe une masse minimale pour un trou noir supermassif, nous ne l'avons pas encore trouvée."

Les résultats de l'étude ont été publiés aujourd'hui dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society.


Comment sont nés les premiers trous noirs supermassifs de l'univers

Le trou noir massif montré à gauche sur ce dessin est capable de croître rapidement alors que le rayonnement intense d'une galaxie voisine arrête la formation d'étoiles dans sa galaxie hôte. Crédit image : John Wise, Georgia Tech.

Les trous noirs supermassifs vivent au centre de très grandes galaxies, dont notre propre galaxie, la Voie lactée.

La formation de ces trous noirs géants a longtemps laissé perplexe les astrophysiciens.

Un nouveau modèle théorique développé par le chercheur de la Dublin City University John Regan et ses co-auteurs fournit une solution convaincante en utilisant le rayonnement des galaxies voisines comme catalyseur pour former des graines de trous noirs supermassifs.

"Comprendre comment les trous noirs supermassifs se forment nous dit comment les galaxies, y compris la nôtre, se forment et évoluent, et finalement, nous en dit plus sur l'univers dans lequel nous vivons", a déclaré le Dr Regan.

Dans des simulations informatiques, lui et ses collègues montrent qu'un trou noir peut se développer rapidement au centre d'une protogalaxie si une protogalaxie voisine émet suffisamment de rayonnement pour désactiver sa capacité à former des étoiles.

Ainsi désactivée, la protogalaxie hôte se développe jusqu'à son effondrement éventuel, formant un trou noir qui se nourrit du gaz restant, et plus tard, de la poussière, des étoiles mourantes et éventuellement d'autres trous noirs, pour devenir super gigantesque.

"Lorsque les protogalaxies sont à proximité, le puissant champ de rayonnement d'une protogalaxie stérilise l'autre, désactivant ainsi sa capacité à former des étoiles", ont expliqué les scientifiques.

"La galaxie stérilisée continue cependant de croître en masse, atteignant rapidement un seuil critique au-delà duquel la formation d'un trou noir massif est inévitable."

"Ces trous noirs massifs continuent ensuite à rassembler tous les matériaux qui entrent dans leur rayon, y compris d'autres trous noirs et étoiles."

"Les plus voraces augmentent leur masse d'un facteur de près d'un million et ce sont ces trous noirs que nous voyons comme des quasars brillants sur toute la longueur de l'Univers", ont-ils déclaré.

"La galaxie voisine ne peut pas être trop proche ou trop éloignée, et comme le principe de Boucle d'or, trop chaude ou trop froide", a noté le membre de l'équipe, le Dr John Wise, de Georgia Tech.

"L'effondrement de la galaxie et la formation d'un trou noir d'un million de masses solaires prennent 100 000 ans - un instant dans le temps cosmique", a ajouté le professeur Zoltan Haiman, membre de l'équipe, de l'Université Columbia.

« Quelques centaines de millions d'années plus tard, il est devenu un trou noir supermassif d'un milliard de masse solaire. C'est beaucoup plus rapide que prévu.

Les résultats de l'équipe ont été publiés en ligne le 13 mars dans la revue Astronomie de la nature.

Les chercheurs espèrent tester leur théorie lorsque le télescope spatial James Webb de la NASA, le successeur de Hubble, sera mis en ligne l'année prochaine et renvoie des images de l'univers primitif.

John A. Regan et al. 2017. Formation rapide de trous noirs massifs à proximité immédiate de protogalaxies embryonnaires. Astronomie de la nature 1, numéro d'article : 0075 doi : 10.1038/s41550-017-0075


Des étoiles primordiales colossales pourraient avoir semé des trous noirs supermassifs

On pense que les trous noirs supermassifs qui se cachent au centre de la plupart des galaxies, y compris la nôtre, sont devenus si gros en engloutissant de la matière pendant des milliards d'années. Mais une nouvelle étude suggère qu'ils ont peut-être pris un raccourci, commençant leur vie comme une étoile supermassive hypothétique et primordiale bien plus grande que toutes les autres aujourd'hui, qui a explosé dans une supernova colossale. Et nous pourrions bientôt être en mesure de détecter les restes.

Les trous noirs se répartissent principalement en deux classes distinctes, en fonction de leur masse. Il y a les trous noirs de masse stellaire, avec des masses comprises entre environ cinq et quelques dizaines de fois celle du Soleil. Ceux-ci se forment lorsque certaines étoiles épuisent leur réserve de carburant et s'effondrent sur elles-mêmes. À l'autre extrémité de l'échelle, il y a des trous noirs supermassifs, avec des masses de millions voire de milliards de Soleils.

On pense généralement que le premier se transforme en ce dernier sur des milliards d'années, car ils engloutissent la poussière, le gaz, les étoiles, les planètes, d'autres trous noirs et tout ce qui s'aventure trop près. Cette hypothèse est étayée par des preuves croissantes d'une nouvelle classe appelée trous noirs de masse intermédiaire, avec des masses comprises entre 100 et 10 000 fois celles du Soleil.

Malheureusement, l'histoire n'est pas si simple. Les premières étoiles semblent dépasser entre 100 et 200 masses solaires, et si elles s'effondraient dans des trous noirs, elles auraient besoin d'avaler d'énormes quantités de matière sur une longue période pour devenir des monstres supermassifs. Dans de nombreux cas, il n'y a tout simplement pas assez de « nourriture ». De plus, les observations ont montré que ces trous noirs gigantesques sont apparus assez tôt dans la durée de vie de l'univers, donc il n'aurait littéralement pas dû y avoir assez de temps pour qu'ils deviennent aussi gros grâce à cette méthode.

L'histoire d'origine des trous noirs supermassifs fait l'objet d'une enquête approfondie par les astronomes, mais une possibilité intrigante est qu'ils aient pris un raccourci, étant nés d'étoiles «supermassives» avec des masses dans le royaume de dizaines de milliers de Soleils. Ces bêtes absolues seraient bien plus massives que n'importe quelle étoile que nous ayons jamais vue, et comme la physique pourrait ne pas correspondre, leur existence est discutable. Ils seraient cependant une explication commode.

"Il peut y avoir un petit nombre des premières étoiles dans l'univers primitif avec des dizaines de milliers de masses solaires", explique Ke-Jung Chen, auteur de l'étude. "Ils sont probablement les ancêtres des trous noirs supermassifs dans les galaxies. , car plus la graine du trou noir est massive, plus elle est efficace pour avaler la matière environnante. Les trous noirs n'ont pas besoin de maintenir un taux d'accrétion élevé pour se développer rapidement !

La partie délicate est de trouver des preuves directes pour eux, car s'ils existaient, ils se seraient probablement tous effondrés dans des trous noirs il y a des milliards d'années. La plupart des partisans de la théorie des étoiles supermassives prédisent qu'elles s'effondreraient directement, sans devenir une supernova - mais Chen n'est pas d'accord.

Dans un article de 2014, Chen a décrit un modèle expliquant comment une étoile supermassive primordiale d'environ 55 000 masses solaires pourrait subir une supernova causée par la combustion explosive d'hélium. Dans la nouvelle étude, Chen et son équipe ont simulé la dynamique de rayonnement de ce type d'événement et ont découvert qu'ils devraient émettre une lueur lumineuse pendant des décennies après l'événement. Cela apparaîtrait extrêmement rouge grâce au phénomène de redshift, où l'expansion de l'univers étend les longueurs d'onde de la lumière vers l'extrémité rouge du spectre.

Plus intéressant encore, cela devrait être visible dans les relevés dans le proche infrarouge comme le prochain télescope spatial James Webb. Selon l'équipe, cela signifie que nous pourrions bientôt détecter la rémanence de ces supernovae étoiles supermassives et valider l'hypothèse.

Ou peut-être ne trouverons-nous rien et pouvons-nous les rayer de la liste. Quoi qu'il en soit, c'est une autre raison d'être enthousiasmé par le lancement du successeur tant attendu de Hubble.

La recherche a été publiée dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.


27 : Galaxies actives, quasars et trous noirs supermassifs

  • Contribution d'Andrew Fraknoi, David Morrison, & Wolff et al.
  • Provenant d'OpenStax

Au cours de la première moitié du vingtième siècle, les astronomes considéraient l'univers des galaxies comme un endroit essentiellement paisible. Ils ont supposé que les galaxies se sont formées il y a des milliards d'années, puis ont évolué lentement à mesure que les populations d'étoiles en leur sein se formaient, vieillissaient et mouraient. Cette image placide a complètement changé au cours des dernières décennies du vingtième siècle.

Aujourd'hui, les astronomes peuvent voir que l'univers est souvent façonné par des événements violents, notamment des explosions cataclysmiques de supernovae, des collisions de galaxies entières et l'énorme effusion d'énergie lorsque la matière interagit dans l'environnement entourant des trous noirs très massifs. L'événement clé qui a commencé à changer notre vision de l'univers a été la découverte d'une nouvelle classe d'objets : les quasars.

  • 27.1 : Quasars Les premiers quasars découverts ressemblaient à des étoiles mais avaient une forte émission radio. Leurs spectres de lumière visible semblaient d'abord déroutants, mais les astronomes ont ensuite réalisé qu'ils avaient des décalages vers le rouge beaucoup plus importants que les étoiles. Les spectres de quasars obtenus jusqu'à présent montrent des décalages vers le rouge allant de 15 % à plus de 96 % de la vitesse de la lumière. Les observations avec le télescope spatial Hubble montrent que les quasars se trouvent au centre des galaxies et que les spirales et les elliptiques peuvent abriter des quasars.
  • 27.2 : Trous noirs supermassifs - Ce que sont vraiment les quasars Les noyaux galactiques actifs et les quasars tirent leur énergie de la matière tombant vers, et formant un disque d'accrétion chaud autour d'un trou noir massif. Ce modèle peut rendre compte de la grande quantité d'énergie émise et du fait que l'énergie est produite dans un volume d'espace relativement petit. Cela peut aussi expliquer pourquoi les jets provenant de ces objets sont vus dans deux directions : ces directions sont perpendiculaires au disque d'accrétion.
  • 27.3 : Les quasars comme sondes d'évolution dans l'Univers Les quasars et les galaxies s'influencent mutuellement : la galaxie fournit du carburant au trou noir, et le quasar chauffe et perturbe les nuages ​​de gaz dans la galaxie. L'équilibre entre ces deux processus aide probablement à expliquer pourquoi le trou noir semble toujours être environ 1/200 de la masse du renflement sphérique d'étoiles qui entoure le trou noir. Les quasars étaient beaucoup plus courants il y a des milliards d'années qu'ils ne le sont aujourd'hui, et les astronomes pensent qu'ils marquent un stade précoce de la formation des galaxies.
  • 27.E : Galaxies actives, quasars et trous noirs supermassifs (exercices)

Vignettes : L'image la plus profonde du ciel en lumière visible (à gauche) montre un grand nombre de galaxies dans une minuscule parcelle de ciel, à seulement 1/100 de la surface de la pleine Lune (crédit de modification des travaux de la NASA, de l'ESA, de H. Teplitz et M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) et Z. Levay (STScI)).


Une nouvelle étude indique que tous les trous noirs n'ont pas commencé leur vie en tant qu'étoiles

Par Nicole Karlis - Keith A. Spencer
Publié le 30 juin 2019 à 10h00 (HAE)

Actions

Les astrophysiciens ont trouvé des preuves indirectes concernant la formation de trous noirs qui, si elles sont confirmées, pourraient bouleverser notre compréhension de ces phénomènes stellaires.

Un article publié dans Astrophysical Journal Letters par les chercheurs Shantanu Basu et Arpan Das de l'Université de Western Ontario fournit la preuve qu'il est possible que des trous noirs supermassifs se forment sans qu'une très grosse étoile n'implose. L'étude indique plutôt que certains trous noirs supermassifs se développent très rapidement sur une très courte période de temps, puis cessent soudainement de se développer. Le nouveau modèle fournit aux scientifiques une explication sur la formation des trous noirs au tout début de notre univers.

"Il s'agit d'une preuve d'observation indirecte que les trous noirs proviennent d'effondrements directs et non de restes stellaires", a déclaré Basu, professeur d'astronomie à l'Université de Western Ontario, dans un communiqué.

La plupart des trous noirs que nous connaissons sont créés au cœur de très grosses étoiles, de nombreuses masses plus grandes que notre soleil. Les étoiles, par définition, fusionnent des noyaux atomiques plus petits en noyaux plus lourds, dans des processus qui créent successivement des noyaux plus gros et plus lourds à l'intérieur de l'étoile. Dans une étoile suffisamment massive avec un noyau très dense, la force gravitationnelle finira par vaincre les autres forces répulsives qui maintiennent les noyaux séparés, ce qui entraînera un effondrement spontané en un seul point dont la vitesse de fuite est supérieure à la vitesse de la lumière - en définition, un trou noir.

De tels effondrements sont généralement associés à une explosion massive de l'enveloppe extérieure de gaz et de poussière de ladite étoile. Ces explosions créent des nébuleuses stellaires à partir desquelles de nouvelles étoiles et systèmes solaires se forment (y compris le nôtre).

Mais l'existence de trous noirs supermassifs, ceux au-delà de dix ou vingt fois la masse de notre soleil, posait un problème aux astronomes. Comment se sont-ils formés, sinon à partir d'une seule étoile qui s'effondre ? Le scénario « d'effondrement direct », dont Basu et Das fournissent des preuves, suggère qu'il est possible pour une grande quantité de gaz et de poussières interstellaires (ne pas une étoile) pour être spontanément poussé dans un trou noir incroyablement massif – un trou beaucoup plus grand que ceux créés par des étoiles individuelles devenant une supernova.

L'astronome Ethan Siegel a expliqué le processus théorique de l'effondrement direct dans un article de Forbes précédemment :

Une région de l'espace s'effondre pour former des étoiles, tandis qu'une région voisine de l'espace a également subi un effondrement gravitationnel mais n'a pas encore formé d'étoiles.

La région avec les étoiles émet une quantité intense de rayonnement, où la pression des photons empêche le gaz dans l'autre nuage de se fragmenter en étoiles potentielles.

Le nuage lui-même continue de s'effondrer, de manière monolithique. Il expulse de l'énergie (rayonnement) comme il le fait, mais sans aucune étoile à l'intérieur.

Lorsqu'un seuil critique est franchi, cette énorme quantité de masse, peut-être des centaines de milliers voire des millions de fois la masse de notre Soleil, s'effondre directement pour former un trou noir.

À partir de cette graine massive et précoce, il est facile d'obtenir des trous noirs supermassifs simplement par la physique de la gravitation, de la fusion, de l'accrétion et du temps.

"Les trous noirs supermassifs n'ont eu qu'une courte période pendant laquelle ils ont pu se développer rapidement, puis à un moment donné, à cause de tout le rayonnement dans l'univers créé par d'autres trous noirs et étoiles, leur production s'est arrêtée", a déclaré Basu. . "C'est le scénario de l'effondrement direct."

Au cours des dix dernières années, plusieurs trous noirs supermassifs qui ont une masse un milliard de fois plus que le soleil ont été découverts. On pense que ces trous noirs supermassifs sont apparus dans notre univers 800 millions d'années après le Big Bang — relativement assez rapidement, étant donné que les galaxies n'auraient commencé à se former qu'un milliard d'années après le Big Bang. Ces deux faits sont apparemment liés, car on pense que toutes les galaxies ont un trou noir supermassif en leur centre autour duquel orbitent le reste des objets de la galaxie.

Ces trous noirs de l'univers primitif ont remis en cause notre compréhension de leur formation et de leur croissance dans l'univers. En mars, les astronomes ont annoncé avoir découvert 83 nouveaux trous noirs supermassifs dans l'univers primitif, représentant une époque où l'univers avait moins de 2 milliards d'années.

Ce fut une grande année pour la recherche sur les trous noirs. Le 10 avril, l'Event Horizon Telescope Collaboration (EHT) a présenté la toute première image directe d'un trou noir. Le composite flou incarnait plus de deux siècles d'avancées en mathématiques, en sciences et en électronique. Avant l'image, seules des illustrations artistiques étaient disponibles pour représenter les mystérieuses singularités qui déforment le continuum espace-temps en raison de leurs masses énormes, produisant une force gravitationnelle telle que même la lumière ne peut s'échapper.

Nicole Karlis

Nicole Karlis est rédactrice au Salon. Tweetez-la @nicolekarlis.

Keith A. Spencer

Keith A. Spencer est rédacteur en chef pour Salon. Il gère la couverture science, technologie, économie et santé de Salon. Son livre, "A People's History of Silicon Valley: How the Tech Industry Exploits Workers, Erodes Privacy and Undermines Democracy", est sorti en 2018. Suivez-le sur Twitter à @keithspencer, ou sur Facebook ici.

PLUS DE Keith A. SpencerSUIVEZ keithspencer


Pour la toute première fois, nous avons vu un trou noir naître en silence - aucune supernova n'est requise

Les astronomes ont, pour la première fois dans l'histoire, vu une étoile mourante devenir un trou noir. La partie surprenante ? Cette occasion capitale n'a pas été marquée par une supernova enflammée.

La coquille en expansion (de gauche à droite) d'une nova supergéante rouge ratée.
Crédits image NASA.

La star du spectacle est/était N6946-BH1, un corps stellaire massif environ 25 fois notre propre soleil. Il résidait à quelque 22 millions d'années-lumière dans la galaxie NGC 6946 ou « Galaxie des feux d'artifice », ainsi nommée pour ses épisodes spectaculaires et fréquents d'activité de supernova. À partir de 2009, N6946-BH1 a commencé à s'éclaircir légèrement et en 2005, il semblait avoir complètement disparu.

Pour savoir ce qui est arrivé à l'étoile, une équipe de chercheurs dirigée par Christopher Kochanek, professeur d'astronomie à l'Ohio State University et Ohio Eminent Scholar in Observational Cosmology, a pointé le côté commercial du Grand télescope binoculaire (LBT) à NGC 6946. , pour capter tout rayonnement infrarouge émanant de l'étoile. Ils n'ont pas trouvé l'étoile plutôt, ils ont été surpris de voir qu'un trou noir avait silencieusement surgi après que NGC 6946 s'est éteint.

Sortir sans fracas

Kochanek dirige une équipe d'astronomes qui ont passé les 7 dernières années à fouiller dans l'espace avec le LBT à la recherche d'effondrements d'étoiles massives qui forment des trous noirs sans novae lumineuse, mais c'est le premier qu'ils ont identifié.

Après l'extinction de NGC 6946, ils ont entraîné le regard du télescope spatial Hubble vers son emplacement pour voir s'il s'assombrissait simplement en dessous des niveaux visibles, et le télescope spatial Spitzer pour voir s'il y avait un rayonnement infrarouge partant de ce point. ce qui aurait été un signe que l'étoile était obscurcie par un nuage de poussière ou de gaz.

Toutes les lectures sont toutes négatives, donc à toutes fins utiles, les instruments ont signalé qu'il n'y avait aucune étoile là où se trouvait N6946-BH1. Grâce à un processus d'élimination, l'équipe a finalement conclu que l'étoile s'était effondrée dans un trou noir sous notre nez.

Nous ne savons pas exactement comment cette transition pourrait avoir lieu sans qu'une supernova ait également lieu. Nous ne savons donc pas non plus à quelle fréquence cela se produit, mais Scott Adams, premier auteur et ancien étudiant de l'Ohio State qui a obtenu son doctorat. avec le papier, a pu faire une estimation préliminaire.

“N6946-BH1 est la seule supernova probablement ratée que nous ayons trouvée au cours des sept premières années de notre enquête. Au cours de cette période, six supernovae normales se sont produites dans les galaxies que nous surveillons, suggérant que 10 à 30% des étoiles massives meurent en tant que supernovae ratées, a-t-il déclaré.

Bien sûr, c'est une estimation approximative, mais jusqu'à ce que nous puissions repérer plus de trous noirs se formant de cette façon, c'est une bonne ligne directrice.

Bébés furtifs

Ces trous noirs sans nova sont le résultat de ce que l'équipe voulait découvrir en premier lieu. Ils ont cherché à comprendre comment des trous noirs massifs - du type de ceux détectés par l'expérience LIGO via les ondes gravitationnelles - pourraient se former dans le sillage des supernovas.

Vous voyez, quand on y pense, les supernovas sont un moyen très inefficace, presque contre-intuitif, de former un trou noir. Au cours d'une supernova, une étoile soufflera une grande partie de ses couches externes et une tranche importante de sa masse - et plus l'étoile est grosse, plus elle éjecte de masse. Vous avez donc besoin d'une étoile vraiment grosse, aux extrémités supérieures de l'échelle des supergéantes rouges, pour fournir les quantités ridicules de matière nécessaires à une supernova et en avoir encore assez pour un trou noir massif du genre que LIGO a choisi.

Mais il y a un manque flagrant de progéniteurs SN de supergéantes rouges de masse élevée, notent les auteurs, ce qui signifie que nous ne voyons pas vraiment de trous noirs se former après l'explosion de ces étoiles. Être témoin de cette naissance silencieuse pourrait aider à expliquer pourquoi les supernovae sont rarement observées dans ces étoiles, a déclaré Kochanek, tout en expliquant pourquoi il y a tant de grands trous noirs autour. L'équipe estime que jusqu'à 30% de ces étoiles pourraient s'effondrer tranquillement dans des trous noirs sans qu'aucune supernova ne se produise.

"Le point de vue typique est qu'une étoile ne peut former un trou noir qu'après être devenue une supernova", explique Kochanek.

« Si une étoile peut être en deçà d'une supernova tout en faisant un trou noir, cela expliquerait pourquoi nous ne voyons pas les supernovae des étoiles les plus massives. »

L'équipe conclut que si N6946-BH1 est confirmé comme une supernova ratée, cela expliquerait l'absence de trous noirs issus de supergéantes rouges, ainsi que la façon dont certains des plus massifs se sont formés en premier lieu.

L'article complet « La recherche des supernovas ratées avec le grand télescope binoculaire : contraintes de 7 ans de données » a été publié dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Des étoiles peuvent-elles jamais former des trous noirs supermassifs ? - Astronomie

оичество зарегистрированных ащихся: 24 тыс.

Аствовать есплатно

La science connaît une explosion de données et l'astronomie ouvre la voie. Les télescopes modernes produisent des téraoctets de données par observation, et les simulations nécessaires pour modéliser notre Univers observable poussent les supercalculateurs à leurs limites. Pour analyser ces données, les scientifiques doivent être capables de penser informatiquement pour résoudre les problèmes. Dans ce cours, vous étudierez les défis liés au travail avec de grands ensembles de données : comment implémenter des algorithmes qui fonctionnent, comment utiliser des bases de données pour gérer vos données et comment apprendre de vos données avec des outils d'apprentissage automatique. L'accent est mis sur les compétences pratiques - toutes les activités seront réalisées en Python 3, un langage de programmation moderne utilisé dans toute l'astronomie. Que vous soyez déjà scientifique, étudiant pour le devenir ou simplement intéressé par le fonctionnement de l'astronomie moderne «sous le capot», ce cours vous aidera à explorer l'astronomie : des planètes aux pulsars en passant par les trous noirs. Plan du cours : Semaine 1 : Penser les données - Principes de la pensée informatique - Découvrir les pulsars dans les images radio Semaine 2 : Les mégadonnées ralentissent les choses - Comment calculer la complexité temporelle des algorithmes - Exploration des trous noirs au centre des galaxies massives Semaine 3 : Interrogation des données à l'aide de SQL - Comment utiliser des bases de données pour analyser vos données - Enquêter sur les exoplanètes dans d'autres systèmes solaires Semaine 4 : Gérer vos données - Comment configurer des bases de données pour gérer vos données - Exploration du cycle de vie des étoiles dans notre Galaxie Semaine 5 : Apprendre à partir de données : régression - Utiliser des outils d'apprentissage automatique pour étudier vos données - Calculer les décalages vers le rouge des galaxies lointaines Semaine 6 : Apprendre à partir de données : classification - Utiliser des outils d'apprentissage automatique pour classer vos données - Enquêter sur différents types de galaxies Chaque semaine aura également un entretien avec un expert en astronomie axée sur les données. Notez qu'une certaine connaissance de Python est supposée, y compris les variables, les structures de contrôle, les structures de données, les fonctions et l'utilisation des fichiers.

Олучаемые навыки

Programmation Python, Apprentissage automatique, Apprentissage automatique appliqué, SQL

Ецензии

C'est un excellent cours pour tous ceux qui souhaitent faire de la science des données avec des ensembles de données astronomiques. Les conférences sont claires et intéressantes et les activités sont bien structurées. J'ai vraiment apprécié ce cours !

Excellent cours avec un bon équilibre de code et les récompenses à tirer de la compréhension du fonctionnement du code - s'est avéré être une excellente introduction à l'astronomie et à la confiance en Python.

Les mégadonnées ralentissent les choses

Dans ce module, nous explorons l'idée de mettre à l'échelle votre code. Certains algorithmes évoluent bien à mesure que votre ensemble de données augmente, mais d'autres deviennent incroyablement lents. Nous examinons certaines des raisons de cela et utilisons l'exemple des catalogues astronomiques croisés pour démontrer le type d'améliorations que vous pouvez apporter.

Реподаватели

Tara Murphy

Simon Murphy

Екст идео

[MUSIQUE] En levant les yeux par temps clair, vous pouvez voir des étoiles réparties dans le ciel dans toutes les directions, à moins que vous ne soyez en ville, auquel cas vous avez de la chance de voir des étoiles. Mais si vous avez la chance d'être dans un endroit sombre, loin des lumières de la ville, vous pourriez même voir la bande de la Voie lactée s'étendre d'un horizon à l'autre. C'est le disque de notre propre galaxie où la concentration d'étoiles est si dense qu'elle apparaît comme une bande de lumière laiteuse puisque nos yeux ne peuvent pas distinguer les étoiles individuelles. Mais ce que nous voyons avec nos yeux n'est qu'une petite partie de l'image complète. Nos yeux ne peuvent détecter que la lumière et la partie visible du spectre électromagnétique. À quoi ressemblerait le ciel si nos yeux pouvaient voir les ondes radio ou les rayons X ? Les galaxies ne sont pas seulement constituées d'étoiles, elles contiennent aussi beaucoup de gaz et de poussières, et au cœur de toutes les grandes galaxies, un trou noir supermassif, des millions voire des milliards de fois la masse de notre soleil, pressé dans un espace plus petit que notre système solaire. Bien que très petits par rapport à l'échelle d'une galaxie entière, ces trous noirs peuvent avoir un impact énorme sur la croissance et la formation de la galaxie. Dans les cas où il y a beaucoup de gaz dans la région centrale de la galaxie, ce matériau peut s'accumuler sur le trou noir via un disque d'accrétion, libérant ainsi beaucoup d'énergie. C'est ce que nous appelons un noyau galactique actif, ou AGN. Le rayonnement produit par l'AGN est si brillant qu'il peut éclipser toute la galaxie, produisant beaucoup plus d'énergie que toutes les étoiles de la galaxie combinées. Le processus d'accrétion peut également former d'énormes jets de champs magnétiques puissants émanant du trou noir. Et les électrons qui se déplacent rapidement en spirale autour de ces champs magnétiques produisent d'énormes quantités d'émissions radio. Ces jets radio peuvent atteindre des tailles énormes, s'étendant parfois bien au-delà de la galaxie pour atteindre des millions d'années-lumière de diamètre. Ils peuvent également fournir des informations sur l'activité passée du trou noir central. De la même manière que différentes couches de roches et de sédiments à la surface de la terre peuvent donner un aperçu des environnements géologiques passés, différentes époques d'activité d'accrétion sont marquées dans la structure des jets radio. Cependant, toutes les galaxies n'ont pas d'AGN et toutes les AGN ne produisent pas de jets radio. En fait, seulement environ 10 % des noyaux galactiques actifs produisent des jets radio. Découvrir ce qui cause un noyau actif et pourquoi seulement certains d'entre eux ont d'énormes jets est l'une des questions clés sans réponse sur la formation des galaxies. L'étude de ces galaxies dans différentes parties du spectre électromagnétique nous donne des informations complémentaires sur les différentes parties des noyaux galactiques actifs. Par exemple, le rayonnement du disque d'accrétion est le plus brillant aux longueurs d'onde optiques et ultraviolettes. Alors que le rayonnement infrarouge provient des régions poussiéreuses qui entourent le trou noir. Les jets produisent beaucoup d'émissions radio et les gaz chauds entourant la région centrale du trou noir peuvent produire des émissions de rayons X. Et pour bien comprendre la physique en jeu dans ces galaxies, nous devons rassembler toutes ces informations pour obtenir une image complète d'AGN. [MUSIQUE]


Nord-ouest maintenant

Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Yusef-Zadeh et al. B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

EVANSTON - Au centre de notre galaxie, à proximité immédiate de son trou noir supermassif, se trouve une région secouée par de puissantes forces de marée et baignée d'une intense lumière ultraviolette et de rayons X. Ces conditions difficiles, les astronomes ont longtemps supposé, ne favorisent pas la formation d'étoiles, en particulier les étoiles de faible masse comme notre soleil.

De nouvelles observations de l'installation d'astronomie internationale ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) suggèrent le contraire, selon des découvertes récemment publiées, dirigées par l'astronome de la Northwestern University Farhad Yusef-Zadeh.

ALMA a révélé les signes révélateurs de 11 étoiles de faible masse se formant dangereusement - à moins de trois années-lumière - du trou noir supermassif de la Voie lactée, connu des astronomes sous le nom de Sagittaire A* (Sgr A*). À cette distance, les forces de marée entraînées par le trou noir supermassif devraient être suffisamment énergétiques pour déchirer les nuages ​​de poussière et de gaz avant qu'ils ne puissent former des étoiles.

La présence de ces protoétoiles nouvellement découvertes (le stade de formation entre un nuage de gaz dense et une jeune étoile brillante) suggère que les conditions nécessaires à la naissance d'étoiles de faible masse peuvent exister même dans l'une des régions les plus turbulentes de notre galaxie et peut-être dans des lieux similaires à travers l'univers.

"Malgré toutes les chances, nous voyons les meilleures preuves à ce jour que des étoiles de faible masse se forment étonnamment près du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée", a déclaré Zadeh, auteur principal de l'article. "C'est un résultat vraiment surprenant et qui démontre à quel point la formation d'étoiles peut être robuste, même dans les endroits les plus improbables."

Les données d'ALMA suggèrent également que ces protoétoiles ont environ 6 000 ans. "C'est important car c'est la première phase de formation d'étoiles que nous ayons trouvée dans cet environnement hautement hostile", a déclaré Zadeh.

L'équipe de chercheurs a identifié ces protoétoiles en voyant les « doubles lobes » classiques de matière qui encadrent chacune d'elles. Ces formes cosmiques en forme de sablier signalent les premiers stades de la formation des étoiles. Les molécules, comme le monoxyde de carbone, dans ces lobes brillent dans une lumière de longueur d'onde millimétrique, qu'ALMA peut observer avec une précision et une sensibilité remarquables.

Les protoétoiles se forment à partir de nuages ​​interstellaires de poussière et de gaz. Des poches de matière denses dans ces nuages ​​s'effondrent sous leur propre gravité et se développent en accumulant de plus en plus de gaz formant des étoiles à partir de leurs nuages ​​parents. Une partie de cette matière tombante, cependant, ne parvient jamais à la surface de l'étoile. Au lieu de cela, il est éjecté sous la forme d'une paire de jets à grande vitesse des pôles nord et sud de la protoétoile. Des environnements extrêmement turbulents peuvent perturber la procession normale de matière sur une protoétoile, tandis qu'un rayonnement intense - provenant d'étoiles massives proches et de trous noirs supermassifs - peut faire exploser le nuage parent, contrecarrant la formation de toutes les étoiles sauf les plus massives.

Le centre galactique de la Voie lactée, avec son trou noir de quatre millions de masse solaire, est situé à environ 26 000 années-lumière de la Terre en direction de la constellation du Sagittaire. De vastes réserves de poussière interstellaire obscurcissent cette région, la cachant des télescopes optiques. Les ondes radio, y compris la lumière millimétrique et submillimétrique que voit ALMA, sont capables de pénétrer cette poussière, donnant aux radioastronomes une image plus claire de la dynamique et du contenu de cet environnement hostile.

Des observations antérieures de la région entourant Sgr A* par Zadeh et son équipe avaient révélé de multiples étoiles infantiles massives, mais la découverte n'était pas concluante. Ces objets, connus sous le nom de proplyds, sont des caractéristiques communes dans les régions de formation d'étoiles plus placides, comme la nébuleuse d'Orion. Les nouvelles mesures fournissent des preuves plus concluantes de l'activité de formation des jeunes étoiles. Bien que le centre galactique soit un environnement difficile pour la formation d'étoiles, il est possible pour des noyaux particulièrement denses d'hydrogène gazeux de franchir le seuil nécessaire et de forger de nouvelles étoiles.

Les nouvelles observations d'ALMA, cependant, ont révélé quelque chose d'encore plus remarquable, des signes que 11 protoétoiles de faible masse se forment à moins d'un parsec – à peine trois années-lumière – du trou noir central de la galaxie. Zadeh et son équipe ont utilisé ALMA pour confirmer que les masses et les taux de transfert de quantité de mouvement – ​​la capacité des jets de protoétoiles à traverser le matériau interstellaire environnant – sont compatibles avec les jeunes protoétoiles trouvées dans tout le disque de notre galaxie.

"Cette découverte fournit la preuve que la formation d'étoiles a lieu dans des nuages ​​étonnamment proches du Sagittaire A*", a déclaré Al Wootten de l'Observatoire national de radioastronomie de Charlottesville, en Virginie, et co-auteur de l'article. "Bien que ces conditions soient loin d'être idéales, nous pouvons envisager plusieurs voies pour que ces étoiles émergent."

Pour que cela se produise, des forces extérieures devraient comprimer les nuages ​​de gaz près du centre de notre galaxie pour surmonter la nature violente de la région et permettre à la gravité de prendre le dessus et de former des étoiles. Les astronomes pensent que les nuages ​​de gaz à grande vitesse pourraient aider à la formation d'étoiles lorsqu'ils se frayent un chemin à travers le milieu interstellaire. Il est également possible que les jets du trou noir lui-même pénètrent dans les nuages ​​de gaz environnants, comprimant la matière et déclenchant cette explosion de formation d'étoiles.

"La prochaine étape consiste à examiner de plus près pour confirmer que ces étoiles nouvellement formées sont orbitées par des disques de gaz poussiéreux", a déclaré Mark Wardle, astronome à l'Université Macquarie de Sydney, en Australie, et co-investigateur de l'équipe. "Si c'est le cas, il est probable que des planètes finiront par se former à partir de ce matériau, comme c'est le cas pour les jeunes étoiles du disque galactique."

L'Observatoire national de radioastronomie est une installation de la National Science Foundation, exploitée en vertu d'un accord de coopération par Associated Universities, Inc.


Voir la vidéo: Vesa-Matti Loiri - Tähti tähdistä kirkkain (Septembre 2022).