Des chercheurs de l'Institut Flatiron, en collaboration avec d'autres, ont retracé la source du magnétisme des trous noirs jusqu'à leurs étoiles progenitrices, comme détaillé dans le numéro du 18 novembre de 'The Astrophysical Journal Letters.'
Lorsqu'une étoile subit une supernova, elle laisse derrière elle un reste dense connu sous le nom de proto-étoile à neutrons, qui peut finalement s'effondrer en un trou noir. Ore Gottlieb, premier auteur de l'étude et chercheur au Centre d'astrophysique computationnelle (CCA) de l'Institut Flatiron à New York, a déclaré : "Les proto-étoiles à neutrons sont les mères des trous noirs ; lorsqu'elles s'effondrent, un trou noir naît. À mesure que ce trou noir se forme, le disque environnant de la proto-étoile à neutrons va épingler ses lignes magnétiques au trou noir." Cette compréhension éclaire comment les trous noirs alimentent les sursauts gamma, les explosions les plus lumineuses de l'univers.
Le groupe de recherche a simulé le cycle de vie d'une étoile menant à son effondrement en un trou noir, en se concentrant sur les écoulements tels que les jets responsables des sursauts gamma. Ils ont rencontré des défis pour modéliser le comportement des champs magnétiques pendant l'effondrement. Gottlieb a remarqué : "Nous n'étions pas sûrs de la manière de modéliser le comportement de ces champs magnétiques lors de l'effondrement de l'étoile à neutrons en trou noir." Cela a conduit à une enquête plus approfondie sur l'origine des champs magnétiques.
Des théories antérieures indiquaient que les lignes de champ magnétique d'une étoile en effondrement sont comprimées lors de leur absorption dans le trou noir, théoriquement amplifiant le magnétisme. Cependant, cette compression arrêterait la rotation de l'étoile, empêchant la formation d'un disque d'accrétion nécessaire aux jets et aux sursauts gamma. Gottlieb a noté : "Il semble que ce soit mutuellement exclusif. Vous avez besoin de deux choses pour que des jets se forment : un champ magnétique fort et un disque d'accrétion. Mais un champ magnétique acquis par une telle compression ne formera pas de disque d'accrétion, et si vous réduisez le magnétisme pour permettre la formation du disque, alors il ne sera pas assez fort pour produire des jets."
La percée est venue de la prise en compte des disques d'accrétion des étoiles à neutrons en effondrement. Gottlieb a expliqué : "Les simulations passées n'ont pris en compte que des étoiles à neutrons isolées et des trous noirs isolés, où tout le magnétisme est perdu lors de l'effondrement. Nous avons découvert que ces étoiles à neutrons ont leurs propres disques d'accrétion, tout comme les trous noirs. Cela nous a amenés à proposer qu'un disque d'accrétion pourrait préserver le champ magnétique de l'étoile à neutrons, permettant au trou noir d'hériter de ces lignes de champ magnétique."
Les calculs ont confirmé que dans la plupart des cas, la formation d'un disque d'accrétion autour d'un trou noir se produit plus rapidement que la perte du champ magnétique de l'étoile à neutrons. Cette découverte soutient l'idée que les trous noirs peuvent conserver le champ magnétique de leur étoile à neutrons parent.
Gottlieb a souligné les implications significatives pour les études de formation des jets dans les trous noirs, déclarant : "Cette étude change notre façon de penser aux types de systèmes pouvant soutenir la formation de jets. Si nous savons que les disques d'accrétion impliquent du magnétisme, alors tout ce dont vous avez besoin est une formation précoce du disque pour alimenter les jets." Il a exprimé son intérêt à repenser les connexions entre les populations d'étoiles et la formation de jets à la lumière de cette découverte.
Gottlieb a mis en avant la nature collaborative du projet et les ressources fournies par le CCA qui ont facilité l'étude, notant : "C'était une collaboration multidisciplinaire qui nous a permis d'aborder cette question sous différents angles et de former une image cohérente de l'évolution d'une étoile après l'effondrement." Les ressources computationnelles fournies ont permis des simulations de l'effondrement plus cohérentes que jamais, contribuant à une approche innovante.