Une paire de trous noirs supermassifs en orbite totalisant des centaines de millions de fois la masse du Soleil et avec leurs disques d'accrétion affecte d'une manière singulière les ondes lumineuses. La Nasa vient d'illustrer ce phénomène avec des images issues d'une simulation obtenue avec un superordinateur.
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La Nasa vient de mettre en ligne une vidéo montrant une simulation numériquesimulation numérique réalisée avec un superordinateur par Jeremy Schnittman, astrophysicienastrophysicien au Goddard Space Flight CenterGoddard Space Flight Center de la Nasa à Greenbelt, Maryland. Elle montre les effets sur les trajectoires et les fréquences des rayons lumineux associés à des ondes électromagnétiques se propageant dans l'espace-temps courbe produit par deux trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs.
Les deux astres compacts sont entourés chacun d'un disque d'accrétiondisque d'accrétion et ils sont en orbiteorbite l'un autour de l'autre. Ils doivent donc émettre des ondes gravitationnellesondes gravitationnelles. Ce genre de scénario est tout à fait crédible car nous observons des trous noirs supermassifs binaires qui finiront par fusionner dans certaines galaxies en collision. On devrait même détecter ces ondes à l'horizon des années 2030 avec la mission eLisa.
On peut penser que ces nouvelles images vont susciter des réactions de Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminet car comme il l'a expliqué à plusieurs reprises et avec de nombreux détails sur les versions française et anglaise du blogblog que Futura a mis à sa disposition, il a été le premier à la fin des années 1970 à calculer sur ordinateurordinateur l'aspect visuel d'un trou noir entouré d'un disque d'accrétion.
On peut penser également que tout comme dans le cas des images analogues utilisées pour le film Interstellar, il pourrait les trouver pas assez réalistes voire fausses.
L'optique relativiste des trous noirs supermassifs binaires
Mais si l'on en croit le communiqué de la Nasa au sujet de la simulation réalisée par Schnittman avec l'aide du Data ScientistData Scientist Brian P. Powell sur le supercalculateursupercalculateur Discover au centre de simulation climatiquesimulation climatique de la Nasa, plusieurs effets physiquesphysiques réalistes auraient bel et bien été pris en compte.
Le résultat est présenté en ces termes par Jeremy Schnittman : « Nous voyons deux trous noirs supermassifs, un plus grand avec 200 millions de massesmasses solaires et un plus petit, compagnon, pesant moitié moins. Ce sont les types de systèmes binairessystèmes binaires de trous noirs où nous pensons que les deux membres pourraient maintenir des disques d'accrétion pendant des millions d'années. »
Peut-être un jour pourra-t-on faire des films montrant quelques images de la danse de la lumière autour de deux trous noirs supermassifs montrant les mêmes phénomènes que dans cette simulation. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman and Brian P. Powell
Par contre, les couleurscouleurs rouges et bleues pour les disques d'accrétion des deux trous noirs pour les images de la simulation ne sont pas réalistes mais seulement de convenance. Elles servent à bien différencier les deux disques. En fait, la théorie des disques d'accrétion pour de tels objets compacts, avec les masses qu'on leur attribue, indique qu'ils rayonneront principalement dans l'ultravioletultraviolet.
On voit tout de même une légère asymétrie par moments entre les parties des disques en rotation. Cela est dû à un effet Dopplereffet Doppler notamment qui change les fréquences du rayonnement perçu selon qu'il provient de la matièrematière en mouvementmouvement qui s'éloigne ou s'approche de l'observateur.
Un effet d'aberrationaberration relativiste est aussi pris en compte qui, paradoxalement, tend à faire décroître la taille d'un objet lorsqu'il s'approche de nous.
Enfin, lorsque l'on observe les disques perpendiculairement, on aperçoit autour de chaque trou noir une image de l'autre en plus petit. Le phénomène se reproduit donnant lieu à des images en partie invariantes d'échelle comme le serait une courbe fractalefractale.
