La nouvelle visualisation de la NASA sonde la danse de la flexion de la lumière des trous noirs binaires –

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  • Une paire de trous noirs en orbite des millions de fois la masse du Soleil effectue un pas de deux hypnotique dans une nouvelle visualisation de la NASA. Le film retrace la façon dont les trous noirs déforment et redirigent la lumière émanant du maelström de gaz chaud – appelé disque d’accrétion – qui entoure chacun d’eux.

    Vu de près du plan orbital, chaque disque d’accrétion prend un aspect caractéristique à double bosse. Mais à mesure que l’un passe devant l’autre, la gravité du trou noir de premier plan transforme son partenaire en une séquence d’arcs en évolution rapide. Ces distorsions se jouent alors que la lumière des deux disques navigue dans le tissu emmêlé de l’espace et du temps près des trous noirs.

    «Nous voyons deux trous noirs supermassifs, un plus grand avec 200 millions de masses solaires et un plus petit compagnon pesant la moitié moins», a déclaré Jeremy Schnittman, astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a créé la visualisation. “Ce sont les types de systèmes binaires de trous noirs où nous pensons que les deux membres pourraient maintenir des disques d’accrétion pendant des millions d’années.”

    Les disques d’accrétion ont des couleurs différentes, rouge et bleu, pour faciliter le suivi des sources lumineuses, mais le choix reflète également la réalité. Un gaz plus chaud émet de la lumière plus près de l’extrémité bleue du spectre, et le matériau en orbite autour de petits trous noirs subit des effets gravitationnels plus forts qui produisent des températures plus élevées. Pour ces masses, les deux disques d’accrétion émettraient en fait la plupart de leur lumière dans les UV, le disque bleu atteignant une température légèrement plus élevée.

    Des visualisations comme celle-ci aident les scientifiques à imaginer les conséquences fascinantes du miroir funhouse de l’extrême gravité. La nouvelle vidéo se double d’une précédente produite par Schnittman, montrant un trou noir solitaire sous différents angles.

    Vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=rQcKIN9vj3U&t=1s

    Vu presque dans le sens des bords, les disques d’accrétion semblent nettement plus brillants d’un côté. La distorsion gravitationnelle modifie les chemins de la lumière provenant de différentes parties des disques, produisant une image déformée. Le mouvement rapide du gaz près du trou noir modifie la luminosité du disque grâce à un phénomène appelé amplification Doppler – un effet de la théorie de la relativité d’Einstein qui éclaire le côté tournant vers le spectateur et assombrit le côté qui tourne.

    La visualisation montre également un phénomène plus subtil appelé aberration relativiste. Les trous noirs semblent plus petits lorsqu’ils s’approchent du spectateur et plus grands lorsqu’ils s’éloignent.

    Ces effets disparaissent lors de la visualisation du système d’en haut, mais de nouvelles fonctionnalités émergent. Les deux trous noirs produisent de petites images de leurs partenaires qui les entourent à chaque orbite. En regardant de plus près, il est clair que ces images sont en fait des vues de bord. Pour les produire, la lumière des trous noirs doit être redirigée de 90 degrés, ce qui signifie que nous observons les trous noirs à partir de deux perspectives différentes – face dessus et bord dessus – en même temps.

    “Un aspect frappant de cette nouvelle visualisation est la nature auto-similaire des images produites par la lentille gravitationnelle”, a expliqué Schnittman. “Zoomer sur chaque trou noir révèle de multiples images de plus en plus déformées de son partenaire.”

    Schnittman a créé la visualisation en calculant le chemin emprunté par les rayons lumineux des disques d’accrétion alors qu’ils se frayaient un chemin à travers l’espace-temps déformé autour des trous noirs. Sur un ordinateur de bureau moderne, les calculs nécessaires pour créer les images vidéo auraient pris environ une décennie. Schnittman a donc fait équipe avec le scientifique des données Goddard Brian P. Powell pour utiliser le supercalculateur Discover au centre de simulation climatique de la NASA. En utilisant seulement 2% des 129 000 processeurs de Discover, ces calculs ont pris environ une journée.

    Les astronomes s’attendent à ce que, dans un avenir pas trop lointain, ils soient capables de détecter les ondes gravitationnelles – des ondulations dans l’espace-temps – produites lorsque deux trous noirs supermassifs dans un système un peu comme celui que Schnittman a représenté en spirale ensemble et fusionnent. .

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Centre de vol spatial NASA / Goddard. Original écrit par Francis Reddy. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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