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Les trous noirs font partie des objets les plus insaisissables de l’univers, mais des recherches menées par le Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) suggèrent que les noyaux restants d’étoiles brûlées pourraient être la clé de la première observation d’une classe de trous noirs.

Une naine blanche peut-elle revivre ?

Cette recherche explore une question fondamentale, à savoir si une naine blanche en sommeil, parfois appelée « étoile zombie » – pourrait se rallumer si elle rencontrait de près un trou noir de masse intermédiaire. Bien que des données existent pour corroborer l’existence de trous noirs supermassifs, aucune observation confirmée de trous noirs de classe intermédiaire, dont la taille varie de 100 à 100 000 masses solaires, n’a été confirmée. Selon l’équipe de recherche, cette classe intermédiaire pourrait offrir la force gravitationnelle nécessaire pour rallumer une naine blanche avant qu’elle ne soit anéantie.

L’équipe a produit des simulations avec des superordinateurs de dizaines de scénarios de rencontres rapprochées afin de tester cette théorie. Ils ont non seulement découvert qu’une rencontre rapprochée rallumerait une étoile décédée, mais ils ont également mis en évidence le fait que ce processus pourrait générer d’importantes émissions d’ondes d’énergie électromagnétiques et gravitationnelles, qui pourraient être visibles à partir de détecteurs en orbite proche de la Terre. Cette recherche a été publiée dans le numéro de septembre de l’Astrophysical Journal.

Une classe de trois noirs jamais détectée 

« C’était passionnant de voir l’étoile zombie s’être rallumée dans chacun des scénarios de rencontre rapprochée que nous avons examiné », a déclaré le physicien de la LLNL, Peter Anninos, auteur principal de cette recherche. « Mais ce qui a vraiment captivé mon imagination, c’est l’idée que ces événements énergétiques pourraient être visibles. Si les étoiles s’alignent, pour ainsi dire, une étoile zombie pourrait servir de balise de guidage pour une classe de trous noirs jamais détectée auparavant. »

Les simulations ont démontré que la matière stellaire fusionnait en quantités variables de calcium et de fer, en fonction de la proximité de l’étoile par le trou noir. Plus la matière est proche, plus la nucléosynthèse est efficace et plus la production de fer est importante. Dans l’ensemble, les recherches suggèrent qu’une rencontre rapprochée « optimale » pourrait fondre jusqu’à 60% de la matière stellaire en fer. Cette conversion de masse maximale a eu lieu avec une naine blanche passante à une distance de deux ou trois rayons de trous noirs.

« Les phénomènes d’étirement peuvent être très compliqués », a déclaré le physicien de LLNL, Rob Hoffman, coauteur du journal. « Imaginez une étoile sphérique s’approchant d’un trou noir. À l’approche du trou noir, les forces de marée commencent à comprimer l’étoile dans une direction perpendiculaire au plan orbital, ce qui la rallume. Mais dans le plan orbital, ces forces de gravitation étirent l’étoile et la déchirent. »

Des simulations totalement relativistes

Des recherches antérieures avaient simulé les forces de marée sur les naines blanches, mais les calculs de cette étude sont les premières simulations totalement relativistes modélisant la nucléosynthèse chez des étoiles naines blanches allumées. Ce sont également les simulations de plus haute résolution à ce jour de la nucléosynthèse dans le noyau d’une naine blanche perturbée, où les réactions les plus fortes se produisent.

« L’ensemble de ce projet a été rendu possible par nos étudiants d’été et nos postdoctorants », a déclaré Anninos. « Nous voulons avant tout former la prochaine génération de physiciens et ce type de projet permet aux chercheurs en début de carrière d’étendre leurs savoirs et d’effectuer des simulations lourdes. »

Parmi ses collaborateurs figuraient l’ancien postdoctorat en LLNL, Chris Fragile du College of Charleston, l’étudiant d’été de premier cycle en LLNL, Samuel Olivier, de l’UC Berkeley, et les collaborateurs de l’université, Bhupendra Mishra, de l’Université du Colorado et Karen Camarda, de l’Université Washburn.

Source : Lawrence Livermore National Laboratory