Des trous noirs avec des disques d’accrétion inclinés grossissent plus vite
Au centre de toutes les grandes galaxies se trouvent des trous noirs supermassifs, entourés d’un disque de gaz et de poussière en rotation, connu sous le nom de « disque d’accrétion ». Ce disque, en spirale, alimente le trou noir en matière, permettant à ce dernier de gagner progressivement en masse. Traditionnellement, les modèles théoriques simplifient la situation en supposant que le disque d’accrétion est aligné avec le plan équatorial du trou noir. Cependant, des recherches récentes menées par Nicholas Kaaz, astrophysicien à l’université Northwestern, et ses collègues, ont montré que cette hypothèse peut être remise en question.
Utilisant le supercalculateur Summit du laboratoire national d’Oak Ridge, l’équipe a simulé des disques d’accrétion non alignés. Les résultats indiquent que lorsque le disque présente une inclinaison significative, il se déchire en plusieurs parties, entraînant une accrétion de matière beaucoup plus rapide que ce que les modèles classiques prévoyaient.
Les trous noirs supermassifs exercent une forte attraction gravitationnelle, attirant la poussière et le gaz environnants, qui s’organisent en un disque d’accrétion. Les modèles de disque d’accrétion, principalement développés dans les années 1970, ont souvent considéré que ce dernier était dans le plan équatorial des trous noirs. Selon Kaaz, des travaux antérieurs de 1978 avaient déjà exploré des inclinaisons légères, mais ils avaient conduit à la conclusion que les disques finissaient par s’aligner.
Cependant, il n’existe aucune contrainte physique interdisant une inclinaison marquée. Des astrophysiciens ont récemment commencé à élaborer des modèles prenant en compte de telles inclinaisons, bien que ceux-ci aient souvent reposé sur des hypothèses simplificatrices et des résolutions limitées. Kaaz et son équipe ont donc réalisé une simulation plus avancée, intégrant les équations de la relativité générale et l’influence du champ magnétique sur le plasma entourant le trou noir.
Les résultats de cette simulation révèlent d’importantes variations de densité au sein du disque. Ces variations, couplées à la rotation, rendent le disque instable. La partie interne du disque, tournant plus rapidement, finit par se déchirer et se séparer en deux sous-disques. L’effet Lense-Thirring, un phénomène relativiste, fait que ces sous-disques s’inclinent à des angles différents, créant un système dynamique complexe.
La déformation du disque entraîne des collisions internes, entraînant une perte d’énergie. Le sous-disque interne finit par tomber dans le trou noir, un processus accéléré par la pression exercée par le sous-disque externe. Nicholas Kaaz et ses collègues ont calculé que l’accrétion est significativement plus rapide dans ces systèmes inclinés par rapport à ceux où le disque est aligné.
Ces découvertes pourraient offrir des réponses à des questions fondamentales en astrophysique, notamment sur la formation rapide des trous noirs supermassifs dans l’univers primordial. De plus, le comportement d’accrétion observé pourrait expliquer les variations de luminosité des quasars, qui se produisent sur des échelles de temps de quelques mois à quelques années, contrairement aux prévisions des modèles traditionnels.
Source : Pour la Science
