Pour accélérer les particules à une vitesse proche de la lumière, vous avez besoin d'une puissante source d'énergie. Dans l'espace, les étoiles peuvent accélérer les particules à des énergies assez élevées et les explosions de supernova peuvent créer des éclairs encore plus puissants. Les sources permanentes les plus fortes de particules de haute énergie sont les trous noirs supermassifs trouvés au centre des plus grandes galaxies. Mais le lecteur, considérant les structures aux plus grandes échelles des Univers, ne pouvait pas comprendre quelque chose:
J'ai beaucoup aimé la vidéo de la simulation Illustris [simulation cosmologique informatique de la formation des galaxies], à tel point que j'ai creusé sa description. Et il a été surpris: "Ce qui semble être des explosions vient en fait de trous noirs supermassifs qui envoient des flux de matériaux dans l'espace intergalactique, tout en coupant d'énormes bulles." C'est incompréhensible pour moi, car je pensais que ces flux de matière volaient dans la direction d'un axe, et ne dessinaient pas de sphères.
Si l'un de vous ne l'a pas vu, voici une simulation du projet Illustris, montrant l'évolution des structures à grande échelle, de la matière noire, du gaz et de la matière ordinaire, depuis les premières étapes du développement de l'Univers jusqu'à nos jours.
Dans la vidéo, à partir d'environ 1h08, et surtout à partir de 1h25, lorsque de la matière noire y apparaît à côté du gaz, des explosions sont visibles dans les plus grands nœuds de la structure à grande échelle de l'Univers. Ils peuvent être confondus avec des explosions de supernova, mais en fait de telles explosions se produiraient trop souvent - plusieurs dizaines de milliers de fois pour chaque image de la simulation. Nous ne pouvons même pas voir la matière noire, mais la simulation le démontre pour nous aider à comprendre le phénomène qui exerce une interaction gravitationnelle. Et si vous souhaitez savoir comment les effets gravitationnels diffèrent de la formation de structures et des effets de la matière normale - qui se présente principalement sous la forme d'un gaz - la simulation peut le démontrer.
Alors que la matière noire forme ces structures filiformes simples, contrôlées uniquement par l'attraction gravitationnelle et l'expansion de l'Univers, la physique de la matière normale - gaz des protons, neutrons et électrons - est beaucoup plus compliquée. Le gaz ne s'accumule pas seulement en morceaux, lui permettant de former des étoiles, des galaxies et des amas de galaxies, il est également sensible à tout un ensemble de forces électromagnétiques. Cela signifie que sur de petites échelles, il est plus solide que la matière noire et sur de grandes échelles intergalactiques et inter microscopiques, il est plus dispersé, car le gaz (et le gaz ionisé sous forme de plasma) peut accélérer à des vitesses énormes.
La vidéo à quatre panneaux montre les étoiles et la lumière visible qui devraient être générées dans une région d'espace de 33 millions d'années-lumière dans le panneau supérieur gauche, la densité de gaz dans le coin supérieur droit et - plus important encore - la température du gaz dans le panneau inférieur gauche. Faites attention à la façon dont la température du gaz augmente à l'endroit de ces mêmes explosions sphériques, qui apparaissent principalement en raison de trous noirs supermassifs. Il existe d'autres mécanismes importants de chauffage et de rétroaction des gaz, mais en particulier ces caractéristiques se produisent en raison d'explosions de trous noirs supermassifs, qui durent des millions à des centaines de millions d'années.
Galaxy Centauri A, une composition de lumière visible, de rayonnement infrarouge et de rayons XMais je comprends pourquoi vous vous attendez à ce que ce réchauffement prenne la forme d'écoulements groupés, car c'est exactement ce que nous observons, par exemple, en regardant des trous noirs supermassifs au cœur de la galaxie Centaurus A, ou dans la galaxie elliptique géante Messier 87, ci-dessous.
Galaxy M87 et flux hautement collimaté de 5000 années-lumièreDonc, si la matière dans ces écoulements est accélérée par de tels faisceaux linéaires hautement concentrés, pourquoi le gaz est-il chauffé et détendu de manière si évidemment sphérique? Pour répondre à cette question, je vous demanderai de penser à quelque chose dont vous ne vous souvenez généralement pas: que l'Univers que nous voyons ne coïncide pas avec le vrai. Par exemple, voici une photo de la même galaxie, M87, et de son jet, visible dans la gamme des rayons X par le télescope Chandra (bleu) et dans les ondes radio du télescope VLT (rouge), au lieu de l'image obtenue par le télescope Hubble dans les gammes visible et ultraviolette.
Et ce ne sont pas des jets, n'est-ce pas? Ils ne sont pas sphériques, mais ils ne sont certainement pas étendus en ligne. Il y a deux raisons à cela:
1. Le gaz et la matière ordinaire sont constamment attirés par les grandes galaxies et toutes les structures à grande échelle, et la plupart d'entre elles traversent calmement ce jet.
2. Même si la galaxie ne bouge pas, le gaz à sa périphérie tourne et fait des mouvements inhabituels, ce qui conduit à sa distribution uniforme.
Même notre Voie lactée, avec son petit trou noir supermassif plutôt calme, montre deux énormes pétales de rayonnement de haute énergie détectés par le télescope Fermi.
Une recherche active, étudiant le rayonnement d'un grand nombre de sources, est allée très loin non seulement grâce à l'utilisation de simulations numériques, dont le projet Illustris, mais aussi dans les années précédant leur apparition. Dans ces explosions explosives de la simulation Illustris, vous n'observez pas la lumière visible, mais la température du gaz, et ce qui se passe est dû à la réponse des trous noirs. Cela devrait nous rappeler que lorsque nous regardons dans l'Univers, à la fois à travers des observatoires et des simulations, beaucoup plus d'événements s'y déroulent que ce qui est perceptible grâce à la lumière des étoiles atteignant nos yeux.
Bien que la lumière visible ne puisse être émise que par une section étroite du jet, le mouvement spécifique du gaz qui l'entoure, couplé aux effets physiques les plus simples du transfert de chaleur, fait tout pour que le gaz énergétique soit distribué dans tout l'espace, et pas seulement le long de lignes droites. Il est important de se rappeler que les explosions que vous voyez ne sont pas de la lumière ou de la matière visible; Ce sont des illustrations de la température du gaz, et ce sont ces explosions qui se produisent autour des trous noirs actifs!