(Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Jeremy Schnittman et Brian P. Powell) Bien qu'il soit extrêmement difficile d'imager directement leombre et espace autour d'un trou noir, ce n'est pas le seul outil que les astronomes ont dans leur trousse.
Sur la base d'années d'observations et d'analyses, il existe une tradition de plusieurs décennies de trou noir visualisations, remontant jusqu'au travail deL'astronome français Jean-Pierre Luminet dans les années 1970.
De manière fascinante, les simulations se sont rapprochées de ce que nous avons vu lorsqu'une énorme équipe internationale de scientifiques a finalement capturé unimage directe d'un trou noir supermassif, le désormais célèbre M87*. Nous savons donc que nos prédictions ont toujours été très précises.
En raison des champs gravitationnels intenses impliqués, les choses deviennent vraiment dévastatrices. La lumière se plie et son intensité change en fonction de la direction dans laquelle elle se déplace. Alors que se passe-t-il quand il n'y a pas un, mais deux trous noirs verrouillés en orbite mutuelle, chacun avec sa propre gravité, et chacun en orbite par son propre disque d'accrétion rougeoyant de poussière et de gaz ?
Eh bien, cela pourrait ressembler un peu à la dernière visualisation de trous noirs extrêmement trippante de la NASA.
S'appuyant sur sontravail antérieur d'un trou noir simulé et de son disque d'accrétion, l'astrophysicien Jeremy Schnittman du Goddard Space Flight Center de la NASA a jeté deux trous noirs ensemble pour voir ce qui se passerait.
'Nous voyons deux trous noirs supermassifs, un plus grand avec 200 millions de masses solaires et un compagnon plus petit pesant moitié moins', il expliqua .
'Ce sont les types de systèmes binaires de trous noirs où nous pensons que les deux membres pourraient maintenir des disques d'accrétion durant des millions d'années.'
La simulation commence comme si vous regardiez de haut en bas alors que les deux trous noirs supermassifs tournent l'un autour de l'autre. Il y a l'ombre du trou noir au milieu de chacun, entourée d'un large disque d'accrétion.
Le mince anneau entre le bord intérieur du disque d'accrétion et l'ombre du trou noir s'appelle leanneau de photons, où la gravité est si forte que les photons sont piégés dans une orbite stable autour du trou noir. Si ces photons devaient se rapprocher du trou noir, ils tomberaient au-delà de l'horizon des événements, où nous ne pouvons pas les voir.
Au fur et à mesure que la simulation se poursuit, la perspective du spectateur se déplace vers le plan orbital des deux trous noirs.
Au début, la simulation ressemble beaucoup àd'autres simulations que vous avez peut-être vues, avec la lumière du disque pliée à l'arrière pour former un halo, et la lumière devant l'ombre du trou noir plus brillante lorsqu'elle se rapproche du spectateur et plus faible lorsqu'elle s'éloigne. Ceci est connu sous le nom de rayonnement relativiste et est causé par l'effet Doppler, qui est la façon dont les ondes (dans ce cas, les ondes lumineuses) changent apparemment en fonction de leur direction de déplacement.
Ensuite, ça devient vraiment bizarre, très vite.
Schnittman a utilisé deux couleurs différentes pour représenter les deux trous noirs, car cela les rend plus faciles à différencier lorsque les champs gravitationnels se plient et se déforment, obligeant la lumière à parcourir des chemins courbes complexes, calculés à l'aide d'un puissant supercalculateur. La lumière de chaque trou noir devient encore plus déformée car elle est influencée par la gravité de son compagnon binaire.
Ensuite, la vue se déplace de haut en bas, avec une vue agrandie - où, en parcourant l'anneau de photons d'un trou noir, se trouve la vue latérale de son compagnon. C'est parce que la lumière est courbée à 90 degrés, ce qui signifie que nous obtenons des vues simultanées de haut en bas et de côté déformées de chaque trou noir.
'Un aspect frappant de cette nouvelle visualisation est la nature auto-similaire des images produites par lentille gravitationnelle', Schnittman a dit . 'Un zoom sur chaque trou noir révèle de multiples images de plus en plus déformées de son partenaire.'
La lentille gravitationnelle est, en fait, un outil utile pour voir dans les régions plus profondes de l'espace, car elle agrandit et duplique souvent l'objet le plus éloigné. Les galaxies et les amas de galaxies peuvent également êtrelentilles gravitationnelles, bien que les objets lentilles n'apparaissent pas aussi souples et étranges que les images produites par deux trous noirs supermassifs actifs.
Imager directement un trou noir demande beaucoup de travail, et les trous noirs supermassifs binaires sont rares, il est donc peu probable que nous voyions la version réelle de la visualisation de Schnittman de si tôt - mais des simulations comme celles-ci peuvent nous aider à comprendre la physique du environnements extrêmes autour des trous noirs supermassifs, afin que nous puissions mieux analyser les observations que nous pouvons prendre.
De plus, ils ont juste l'air vraiment géniaux.