Espace

Les modèles les plus précis de trous noirs nous ont permis de résoudre presque un demi-siècle de leur nature

Cela fait environ deux mois depuisLes scientifiques ont révélé au monde la première vraie photographie d'un trou noir, mais les astronomes étudient ces objets mystérieux depuis plus d'un siècle. Méthode de recherche moderne: modélisation informatique sophistiquée, permettant de visualiser les trous noirs avec un niveau de détail sans précédent, ce qu'aucun télescope disponible pour l'homme ne peut encore signaler Récemment, une équipe internationale de scientifiques a créé les modèles informatiques les plus détaillés d’un trou noir et, avec leur aide, a révélé une énigme de près d’un demi-siècle liée à la nature des disques d’accrétion - une matière qui finit par tomber dans un trou noir.

Résultats de simulation réalisés parDes astrophysiciens des universités d’Amsterdam, d’Oxford et de la Northwestern University ont montré que la zone interne du disque d’accrétion se situe dans le plan équatorial du trou noir, selon un communiqué de presse publié sur le site Internet de la Northwestern University (USA).

L'énigme d'un demi-siècle de trous noirs

Leur découverte résout l'énigme décrite à l'originele physicien et prix Nobel John Bardin et l'astrophysicien Jacob Petterson en 1975. À ce moment-là, les scientifiques ont déclaré que la partie vortex du trou noir devait forcer la région interne du disque d'accrétion incliné à se positionner dans le plan équatorial du trou noir.

Cette découverte révèle l'énigme à l'originedécrit par le physicien et prix Nobel John Bardin et l'astrophysicien Jacob Petterson en 1975. C'est alors que Bardin et Petterson ont déclaré que la partie vortex du trou noir devait forcer la région interne du disque d'accrétion incliné à se positionner dans le plan équatorial du trou noir.

Après des décennies de recherche de preuves de l'effetLa nouvelle modélisation de Bardeen-Peterson par une équipe internationale de chercheurs a permis de déterminer que, bien que la région externe du disque d'accrétion reste inclinée, sa région interne s'adapte au plan équatorial du trou noir. L’équipe de scientifiques est arrivée à ce résultat en réduisant l’épaisseur du disque d’accrétion à un degré sans précédent et en tenant compte de la turbulence magnétique responsable de l’accrétion du disque. Les modèles précédents traitant de cette question étaient beaucoup plus simples et prenaient simplement en compte les effets approximatifs de la turbulence.

«C’est une découverte décisive de l’effet Bardeen-Peterson.résout un problème qui hante les astrophysiciens depuis plus de quatre décennies », a commenté Alexander Chekovsky de la Northwestern University, l'un des co-auteurs de l'étude.

"Ces détails sont à proximité du noirles trous peuvent sembler insignifiants, mais ils ont un effet profond sur ce qui se passe à l'intérieur de la galaxie. Ces effets contrôlent la vitesse de rotation du trou noir et, par conséquent, son impact sur l'ensemble de la galaxie. "

"Ces simulations ne résolvent pas seulement les 40 ansune énigme, mais aussi, contrairement à l'opinion générale, prouve qu'il est possible de simuler les disques d'accrétion les plus brillants en tenant compte de la théorie générale de la relativité. Ainsi, nous avons ouvert la voie à la prochaine génération de simulations qui nous permettront de résoudre des problèmes encore plus importants avec des disques d'accrétion brillants », ajoute l'auteur de l'étude, Matthew Liska, de l'Université d'Amsterdam.

Pourquoi avons-nous besoin de modèles de trous noirs?

Presque toute notre connaissance des trous noirs est basée surétudier leurs disques d'accrétion. Sans ces anneaux de gaz brillants, la poussière et autres restes d'étoiles mortes en orbite autour de trous noirs, les astronomes ne pourront pas voir les trous noirs pour les étudier. De plus, les disques d'accrétion contrôlent la croissance et la vitesse de rotation des trous noirs. Il est donc essentiel de comprendre leur nature pour comprendre comment les trous noirs évoluent et fonctionnent.

De l'époque de Bardeen et Peterson à nos joursla simulation était trop simpliste pour confirmer l'alignement de la partie interne du disque. En informatique, les astronomes ont rencontré deux limites. Premièrement, il s'est avéré que les disques d'accrétion s'approchent si près d'un trou qu'ils se déplacent dans un espace-temps incurvé, qui tombe très rapidement dans un trou noir. De plus, la force de rotation d'un trou noir provoque la rotation de l'espace-temps après celui-ci. La prise en compte appropriée de ces deux effets clés nécessite la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui prédit comment les objets affectent la géométrie de l’espace-temps qui les entoure.

Deuxièmement, les scientifiques n'avaient pasIl y a suffisamment de puissance de calcul pour tenir compte des turbulences magnétiques ou des perturbations à l'intérieur du disque d'accrétion. Ces perturbations permettent aux particules de disque de se coller et de conserver une forme circulaire, permettant ainsi au gaz de disque de s’enfoncer dans un trou noir.

«Imaginez que vous ayez ce disque mince. Votre tâche consiste à séparer les écoulements turbulents à l'intérieur du disque. C’est vraiment un défi », déclare Chekovsky.

Sans la possibilité de séparer ces parties, les astrophysiciens ne pourraient pas vraiment modéliser des trous noirs réalistes.

Simulation de trous noirs

Développer un code informatique capablePour modéliser des disques d'accrétion inclinés autour de trous noirs, Liska et Chekovsky ont utilisé des graphiques (GPU) au lieu d'unités centrales (CPU). Extrêmement efficaces pour la création d’images graphiques et le traitement d’images, les processeurs graphiques accélèrent la création d’images à l’écran. Par rapport aux processeurs, ils sont beaucoup plus efficaces dans les algorithmes informatiques qui traitent d’énormes quantités de données.

Chekovsky compare un GPU avec 1000 chevaux et un processeur avec une Ferrari avec un moteur de 1000 chevaux.

«Imagine que tu emménages dans un nouvel appartement. Vous devrez voyager plusieurs fois de votre appartement à Ferrari, parce que cela ne convient pas à beaucoup de bagages. Mais si vous pouviez mettre une boîte sur mille chevaux, vous auriez pu transporter toutes les choses en même temps. C'est le pouvoir du GPU. Il comporte de nombreux composants, chacun étant individuellement plus lent que le processeur, mais ils sont nombreux », explique Chekovsky.

En outre, Liska ajoute, pour ses mesuresIls ont utilisé la méthode de rectification adaptative de la grille de calcul, qui utilise une grille dynamique qui change et s’adapte au flux de mouvement tout au long de la simulation. Cette méthode vous permet d'économiser de l'énergie et des ressources informatiques, en vous concentrant uniquement sur certains blocs du réseau, où se produisent des mouvements de flux.

Les chercheurs soulignent que l'utilisation deLes GPU ont permis d’accélérer la simulation et l’utilisation d’un maillage adaptatif pour augmenter la résolution de cette simulation. Finalement, les scientifiques ont pu créer des modèles de disques d'accrétion très minces avec un rapport hauteur sur rayon de 0,03. En modélisant un disque aussi fin, les chercheurs ont pu voir l'équation du plan du disque d'accrétion près du trou noir.

«Les disques les plus minces modélisés avaient une hauteur pouvant atteindre environ 0,05 rayon, et il s'est avéré que des choses intéressantes ne se produisent qu'à 0,03», explique Chekovsky.

Les astronomes remarquent que même avec des disques aussi minces, les trous noirs émettent toujours de puissants jets de particules et de radiations.

</ p>

"Personne ne s'attendait à voir de tels disques mincescapable de lancer des jets. Tout le monde s'attendait à ce que les champs magnétiques créant ces flux déchirent ces disques minces, et pourtant ils sont toujours là, et grâce à cela, nous pouvons résoudre de telles énigmes d'observation », a déclaré Chekovsky.

Vous pouvez discuter de l'article dans notre discussion télégramme.