Les trous noirs supermassifs sont l’un des phénomènes les plus extrêmes découverts par l’homme dans l’espace. Avec des centaines de milliers, voire des millions, voire des milliards de fois la masse de notre Soleil, ils alimentent des phénomènes lumineux sans précédent appelés quasars.
Des chercheurs de l’Université Northwestern ont utilisé le supercalculateur Summit pour effectuer une simulation de « magnétohydrodynamique relativiste générale tridimensionnelle » d’un mince disque d’accrétion incliné en orbite autour d’un trou noir supermassif. Grâce aux puissants systèmes informatiques hautes performances du laboratoire national d'Oak Ridge, les scientifiques sont en mesure de simuler des trous noirs plus réalistes que jamais et de découvrir ainsi de nouveaux phénomènes.
Les chercheurs ont noté que les théories conventionnelles sur les trous noirs supermassifs considèrent qu’il s’agit d’entités célestes qui dévorent progressivement du gaz et de la poussière sur des centaines, voire des centaines de milliers d’années. Cependant, selon de nouvelles simulations, ce processus d'épuisement semble se produire en quelques mois seulement, ce qui coïncide avec le temps nécessaire aux lancements actifs de quasars.
Des simulations tridimensionnelles produites par des scientifiques de l’Université Northwestern montrent qu’un trou noir en rotation déforme la région environnante de l’espace-temps. Ce phénomène finit par détruire le tourbillon de gaz et de poussière entourant le trou noir, connu sous le nom de disque d'accrétion. Le résultat final de ce processus de déformation spatio-temporelle est de diviser le disque d’accrétion en deux sous-disques, un interne et un interne, ce qui alimente ensuite le comportement d’alimentation ultra-rapide décrit dans la nouvelle étude.
Les chercheurs affirment qu’une singularité au centre d’un trou noir engloutit initialement l’anneau intérieur. Par la suite, des fragments du disque externe se sont répandus vers l’intérieur, comblant le vide laissé par la dévoration de l’anneau intérieur, permettant ainsi au processus de dévoration de se répéter. Les scientifiques soulignent que ce processus sans fin de « manger » – « manger » – « manger » à nouveau ne prend que quelques mois. Cette échelle de temps est incroyablement rapide par rapport aux prévisions théoriques précédentes.
Cette nouvelle simulation peut révéler le comportement de certains des objets les plus brillants observés dans l'univers, comme les quasars. Ces objets quasi-stellaires peuvent être aussi brillants que toutes les étoiles de leur galaxie hôte réunies, mais disparaître « sans explication » au bout de quelques mois. Nick Kaaz, qui a dirigé l'étude à l'Université Northwestern, a souligné que la théorie classique du disque d'accrétion prédit que le disque autour du trou noir évoluera très lentement.
Cependant, Katz a expliqué que certains quasars subissent des changements de luminosité plus spectaculaires au fil des mois ou des années. Les fluctuations rapides de luminosité observées dans les quasars sont cohérentes avec l'observation de disques multicouches et de leurs interactions physiques complexes grâce à de nouvelles simulations de trous noirs.