Une étude révolutionnaire fournit de nouveaux aperçus sur les origines des trous noirs de masse intermédiaire (IMBH). En effectuant les toutes premières simulations d'étoiles individuelles dans un amas globulaire en formation, les chercheurs ont identifié des mécanismes potentiels par lesquels ces amas d'étoiles denses pourraient donner naissance à des IMBH. Crédit : Issues.fr.com
De nouvelles recherches utilisent les toutes premières simulations d’étoiles individuelles formant des amas globulaires pour explorer les mécanismes potentiels de formation de trous noirs de masse intermédiaire.
Une nouvelle étude a démontré un mécanisme possible de formation de trous noirs de masse intermédiaire dans des amas globulaires, des amas d'étoiles qui pourraient contenir des dizaines de milliers, voire des millions d'étoiles très serrées. Les toutes premières simulations de formation d’amas massifs étoile par étoile ont révélé que des nuages moléculaires suffisamment denses, les « nids de naissance » des amas d’étoiles, peuvent donner naissance à des étoiles très massives qui évoluent en trous noirs de masse intermédiaire. La recherche conjointe a été dirigée par Michiko Fujii de l'Université de Tokyo et les résultats ont été publiés aujourd'hui (30 mai) dans la revue Science.
Preuve théorique pour les IMBH
« Des observations antérieures ont suggéré que certains amas d'étoiles massifs (amas globulaires) hébergent un trou noir (IMBH) », Fujii explique la motivation du projet de recherche. « Un IMBH est un trou noir d’une masse de 100 à 10 000 masses solaires. Jusqu’à présent, il n’y a eu aucune preuve théorique solide démontrant l’existence d’IMBH avec 1 000 à 10 000 masses solaires par rapport à des masses moins massives (masse stellaire) et plus massives (supermassives).
Amas d'étoiles se formant dans un nuage moléculaire géant reproduit par la simulation. Cette image est basée sur la simulation. Les points bleus représentent des étoiles individuelles. Les couleurs sombres et lumineuses indiquent les températures du gaz (froid et chaud). Visualisé par Takaaki Takeda (VASA Entertainment Inc.) Crédit : Michiko Fujii et Takaaki Takeda. 2024
Défis et perspectives de la simulation
Les nids de naissance peuvent évoquer des images de chaleur et de tranquillité. Ce n’est pas le cas des étoiles. Des amas d’étoiles globulaires se forment dans la tourmente. Les différences de densité provoquent d’abord la collision et la fusion des étoiles. À mesure que les étoiles continuent de fusionner et de croître, les forces gravitationnelles grandissent avec elles. Les collisions stellaires répétées dans la région centrale et dense des amas globulaires sont appelées collisions incontrôlables. Elles peuvent conduire à la naissance d’étoiles très massives de plus de 1 000 masses solaires. Ces étoiles pourraient potentiellement évoluer en IMBH.
Cependant, des simulations antérieures d’amas déjà formés suggéraient que les vents stellaires emportaient la majeure partie de leur masse, les laissant trop petits. Pour déterminer si les IMBH pouvaient « survivre », les chercheurs ont dû simuler un cluster alors qu’il était encore en formation.
« Les simulations de formation d'amas d'étoiles étaient difficiles en raison du coût de la simulation », explique Fujii. « Pour la première fois, nous avons réalisé avec succès des simulations numériques de la formation d’amas globulaires, en modélisant des étoiles individuelles. En résolvant des étoiles individuelles avec une masse réaliste pour chacune, nous pourrions reconstruire les collisions d'étoiles dans un environnement très compact. Pour ces simulations, nous avons développé un nouveau code de simulation, dans lequel nous pourrions intégrer des millions d'étoiles à haute luminosité. précision.»
Omega Centauri, un amas globulaire de la Voie Lactée. Cet amas globulaire pourrait héberger un trou noir de masse intermédiaire. Crédit : ESO
Orientations futures de la recherche
Dans la simulation, les collisions incontrôlées ont en effet conduit à la formation d’étoiles très massives qui ont évolué vers des trous noirs de masse intermédiaire. Les chercheurs ont également constaté que le rapport de masse entre l’amas et l’IMBH correspondait à celui des observations qui avaient initialement motivé le projet.
« Notre objectif final est de simuler des galaxies entières en résolvant des étoiles individuelles », souligne Fujii en parlant des recherches futures. « Il est encore difficile de simuler voie Lactée-dimensionner les galaxies en résolvant les étoiles individuelles à l'aide des superordinateurs actuellement disponibles. Il serait cependant possible de simuler des galaxies plus petites comme les galaxies naines. Nous souhaitons également cibler les premiers amas, amas d’étoiles formés au tout début de l’univers. Les premiers clusters sont aussi des lieux où des IMBH peuvent naître.
