Un nouveau trou noir peut ne pas dévorer voracement le gaz à proximité - car il peut expulser la plupart du gaz dans son voisinage, selon une nouvelle étude.
Marcelo Alvarez, de l’Université de Stanford, et ses collègues ont réalisé une nouvelle simulation de superordinateur conçue pour suivre le sort des premiers trous noirs de l’univers. Ils ont découvert que, contrairement aux attentes, les jeunes trous noirs ne pouvaient pas se gaver efficacement de gaz à proximité.
"Les premières étoiles étaient beaucoup plus massives que la plupart des étoiles que nous voyons aujourd'hui, jusqu'à 100 fois la masse de notre soleil", a déclaré John Wise, un post-doctorant au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l'un des auteurs de l'étude. "Pour la première fois, nous avons pu simuler en détail ce qui arrive au gaz autour de ces étoiles avant et après qu'elles forment des trous noirs."
Le rayonnement intense et les forts débits de ces étoiles massives ont provoqué la dissipation du gaz à proximité. "Ces étoiles ont essentiellement éliminé la majeure partie du gaz à proximité", a déclaré Wise. Une fraction de ces premières étoiles n'a pas mis fin à leur vie dans de grandes explosions de supernovae. Au lieu de cela, ils se sont effondrés directement dans des trous noirs.
Mais les trous noirs sont nés dans une cavité appauvrie en gaz et, avec peu de gaz pour se nourrir, ils se sont développés très lentement. "Au cours des 200 millions d'années de notre simulation, un trou noir de 100 masses solaires a augmenté de moins d'un pour cent de sa masse", a déclaré Alvarez.
En commençant par des données tirées des observations du rayonnement de fond cosmique - un éclair de lumière qui s'est produit 380 000 ans après le big bang qui présente la première vue de la structure cosmique - les chercheurs ont appliqué les lois fondamentales qui régissent l'interaction de la matière et ont permis leur modèle de le premier univers à évoluer. La simulation complexe comprenait l'hydrodynamique, les réactions chimiques, l'absorption et l'émission de rayonnement et la formation d'étoiles.
Dans la simulation, le gaz cosmique s'est lentement fusionné sous la force de la gravité et a finalement formé les premières étoiles. Ces étoiles massives et chaudes ont brûlé pendant un court instant, émettant tellement d'énergie sous forme de lumière stellaire qu'elles ont repoussé les nuages de gaz à proximité.
Ces étoiles ne pouvaient pas soutenir une existence aussi ardente pendant longtemps, et elles ont rapidement épuisé leur carburant interne. L'une des étoiles de la simulation s'est effondrée sous son propre poids pour former un trou noir. Avec seulement des volutes de gaz à proximité, le trou noir était essentiellement «affamé» de matière sur laquelle croître.
Pourtant, malgré son régime strict, le trou noir a eu un effet dramatique sur son environnement. Cela a été révélé à travers un aspect clé de la simulation appelé rétroaction radiative, qui expliquait la façon dont les rayons X émis par le trou noir affectaient le gaz distant.
Même au régime, un trou noir produit de nombreuses radiographies. Ce rayonnement a non seulement empêché le gaz à proximité de tomber, mais il a chauffé le gaz à une centaine d'années-lumière de plusieurs milliers de degrés. Le gaz chaud ne peut pas se réunir pour former de nouvelles étoiles. "Même si les trous noirs ne se développent pas de manière significative, leur rayonnement est suffisamment intense pour arrêter la formation d'étoiles à proximité pendant des dizaines et peut-être même des centaines de millions d'années", a déclaré Alvarez.
Source: NASA. L'étude apparaît dansThe Astrophysical Journal Letters.
