Des astronomes de l'Université d'Amsterdam ont utilisé des simulations informatiques pour étudier comment un trou noir en rotation rapide émet également de l'énergie sous la forme de jets relativistes lorsqu'il engloutit la matière.
Grâce à une méthode de calcul révolutionnaire plus rapide, les astronomes ont pu montrer - pour la première fois - que ces courants-jets peuvent changer régulièrement de direction (inclinaison) lorsque l'espace-temps est entraîné avec la rotation du trou noir. Le résultat a été accepté pour publication dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Les trous noirs en rotation rapide projettent de la matière dans l'espace à une vitesse proche de celle de la lumière † En effet, la matière tourbillonnante autour du trou noir est entrelacée de champs magnétiques. Le trou noir entraîne avec lui l'espace-temps courbe, enveloppant des champs magnétiques autour de lui. Cela crée une sorte de tube de lancement à partir duquel de l'énergie est émise :les jets relativistes.
La matière tourbillonnant autour d'un trou noir forme un disque en rotation † Celui-ci tourne souvent sur un axe différent de celui du trou noir lui-même. Les astronomes pensent que l'effet de traînée fera basculer le disque autour de l'axe de rotation du trou noir. C'est ce qu'on appelle la précession. Le fait que les jets semblent s'incliner avec le disque peut expliquer les fluctuations de l'intensité de la lumière infrarouge au niveau des trous noirs ("oscillations quasi-périodiques" ou QPO). C'est similaire à la façon dont le faisceau de balayage d'un phare devient beaucoup plus intense lorsqu'il pointe précisément vers l'observateur. En 1985, les QPO ont été découverts pour la première fois à proximité des trous noirs (sous forme de rayons X) par Michiel van der Klis, aujourd'hui co-auteur de l'article.
La raison pour laquelle l'inclinaison des jets n'a pas été trouvée auparavant est que les simulations 3D de l'environnement d'un trou noir à rotation rapide beaucoup de puissance de calcul coûter. Il y a des effets à petite échelle (turbulence magnétique dans le disque) et à grande échelle (jets relativistes). De plus, toutes les complications de la théorie de la gravité d'Einstein doivent être prises en compte dans les calculs. L'auteur principal Matthew Liska, doctorant à Van der Klis, a développé un nouveau code de simulation au cours des trois dernières années qui peut effectuer des calculs beaucoup plus rapides.
"En utilisant le supercalculateur américain Blue Waters, une résolution plus élevée que jamais a été atteinte - jusqu'à 1 milliard de pixels"
Avec l'aide du supercalculateur américain Blue Waters, une résolution plus élevée que jamais a été atteinte (jusqu'à un milliard de pixels). Cet ordinateur contient des milliers de cartes graphiques, conçues à l'origine pour l'industrie du jeu vidéo. « Chacune de ces cartes graphiques contient des milliers de calculatrices. Le défi consiste à les utiliser efficacement et à les faire communiquer entre eux ", explique Lisa. Le deuxième auteur Casper Hesp (étudiant en master d'astronomie et de neurosciences à l'UvA) a utilisé le même supercalculateur pour convertir les simulations en images, qui montrent clairement comment les jets changent de direction.
Les résultats sont importants pour d'autres calculs sur les trous noirs en rotation qui sont actuellement effectués dans le monde entier. Avec cela, les astronomes tentent de comprendre les phénomènes spectaculaires récemment découverts tels que les fusions de doubles trous noirs , et l'avalement d'étoiles ordinaires par des trous noirs supermassifs.
Ce que nous voulons savoir, c'est si les prédictions d'Einstein, qui ont toujours été vraies jusqu'à présent, sont également exactes pour l'extrême gravité proche d'un trou noir en rotation
Les calculs seront également utilisés pour interpréter les observations du télescope Event Horizon (EHT), qui prend les premières images du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Co-auteur Sera Markoff, superviseur de Hesp et membre du conseil consultatif scientifique de l'EHT :« Ce que nous voulons savoir, c'est si les prédictions d'Einstein, qui ont toujours été vraies jusqu'à présent, sont également exactes pour l'extrême gravité proche d'un trou noir en rotation. . Ces types de simulations sont essentiels pour lier théorie et observations.”
