Si les trous noirs font toujours l’objet de spéculations, des universitaires de la Northwestern University, située au nord de Chicago, pourraient avoir découvert une caractéristique inédite les concernant. Dans une étude référencée ci-dessous et publiée le 20 septembre 2022 dans The Astrophysical Journal, les chercheurs expliquent avoir découvert que si la matière s’agrège en disque autour de cet abîme gravitationnel, ce disque peut être violemment déchiré par la gravité et absorbé extrêmement rapidement, en quelques mois seulement.
Les astrophysiciens se sont basés sur des modélisations en 3D de quasars pour mener à bien leur étude. Le terme quasar désigne plus spécifiquement des trous noirs supermassifs trouvés dans les noyaux actifs de jeunes galaxies (AGC, Active galactic nucleus), émettant des rayonnements quasi stellaires. Une importante quantité de matière orbite autour de ces quasars, formant un disque d’accrétion principalement composé de poussières et de gaz. « La théorie classique portant sur le fonctionnement des disques d’accrétion calcule que l’état d’un disque évolue lentement autour d’un trou noir. Mais nous avons constaté certaines variations, et il s’avère que certaines parties du disque peuvent être ingurgitées en quelques mois », détaille le doctorant Nick Kaaz dans un communiqué.
En modélisant les disques d’accrétion autour de quasars, les chercheurs ont compris que ces derniers se fractionnent en deux parties, l’une interne et l’autre externe. Les deux adoptent alors un mouvement gyroscopique, dont la portion interne semble se mouvoir bien plus rapidement. La raison est simple : ces larges bancs de matière se font engloutir à grande vitesse en plongeant au-delà de l’horizon des événements. Les deux parties du disque d’accrétion se « heurtent » alors à différents angles, la portion externe déversant de la matière dans le disque interne. Le cycle se répète ainsi, offrant un festin gargantuesque au trou noir.
Les visualisations standard d’un disque d’accrétion d’un trou noir le représentent comme plat et relativement uniforme. Mais cette scission s’explique sur ces nouvelles modélisations par une déchirure provoquée par l’importante force gravitationnelle exercée par le trou noir. Pour Kaaz et ses collaborateurs, cette théorie pourrait expliquer les extrêmes variations de luminosité observées chez certains quasars. Découverts à la jonction des années 1950 et 1960, ces objets parmi les plus lumineux et énergétiques observables dans l’Univers, recèlent encore de nombreux mystères.
Merci à Futura Sciences
https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-trous-noirs-dechirent-engloutissent-leurs-proies-vitesse-vertigineuse-107836/
Référence
Nozzle Shocks, Disk Tearing, and Streamers Drive Rapid Accretion in 3D GRMHD Simulations of Warped Thin Disks
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ace051
Nicholas Kaaz1,2, Matthew T. P. Liska3, Jonatan Jacquemin-Ide2, Zachary L. Andalman2,4, Gibwa Musoke5, Alexander Tchekhovskoy1,2, and Oliver Porth5
Published 2023 September 20 • © 2023. . Published by the American Astronomical Society.
The Astrophysical Journal, Volume 955, Number 1Citation Nicholas Kaaz et al 2023 ApJ 955 72DOI 10.3847/1538-4357/ace051
Abstract
The angular momentum of gas feeding a black hole (BH) may be misaligned with respect to the BH spin, resulting in a tilted accretion disk. Rotation of the BH drags the surrounding spacetime, manifesting as Lense–Thirring torques that lead to disk precession and warping. We study these processes by simulating a thin (H/r = 0.02), highly tilted (
) accretion disk around a rapidly rotating (a = 0.9375) BH at extremely high resolutions, which we performed using the general-relativistic magnetohydrodynamic code H-AMR. The disk becomes significantly warped and continuously tears into two individually precessing subdisks. We find that mass accretion rates far exceed the standard α-viscosity expectations. We identify two novel dissipation mechanisms specific to warped disks that are the main drivers of accretion, distinct from the local turbulent stresses that are usually thought to drive accretion. In particular, we identify extreme scale height oscillations that occur twice an orbit throughout our disk. When the scale height compresses, « nozzle » shocks form, dissipating orbital energy and driving accretion. Separate from this phenomenon, there is also extreme dissipation at the location of the tear. This leads to the formation of low-angular momentum « streamers » that rain down onto the inner subdisk, shocking it. The addition of low-angular momentum gas to the inner subdisk causes it to rapidly accrete, even when it is transiently aligned with the BH spin and thus unwarped. These mechanisms, if general, significantly modify the standard accretion paradigm. Additionally, they may drive structural changes on much shorter timescales than expected in α-disks, potentially explaining some of the extreme variability observed in active galactic nuclei.
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