Étoiles déchirées par des trous noirs : nouvelles simulations ^{CEFR B2}

Les trous noirs supermassifs, au cœur des grandes galaxies, pèsent typiquement des millions à des milliards de fois la masse du Soleil. Une étude d'Eric Coughlin publiée dans The Astrophysical Journal Letters analyse ce qui arrive quand une étoile s'approche trop près : la gravité la déchire et étire sa matière en un long et fin courant de débris.

Sous l'effet de la relativité générale, ce courant s'enroule autour du trou noir et des portions en orbite peuvent entrer en collision, libérant un important sursaut d'énergie. Après ces chocs, la matière s'accrète lentement et émet tellement de rayonnement que la flambée peut momentanément briller plus que la galaxie hôte. Les astronomes nomment ces phénomènes des événements de disruption par marée (TDE).

Des simulations à haute résolution, dirigées par Lucio Mayer (université de Zurich) et incluant Coughlin, ont utilisé l'hydrodynamique par particules lissées (smoothed particle hydrodynamics) pour décomposer une étoile en milliards de particules régies par les équations de Navier–Stokes. Leurs modèles, qui ont mobilisé des dizaines de milliards de particules et des GPUs sur des supercalculateurs, montrent un courant étroit et cohérent qui suit une trajectoire prévisible avant de se percuter lui‑même. Les travaux antérieurs, de moindre résolution, donnaient souvent un nuage pulvérisé et une dissipation hydrodynamique excessive.

Plusieurs facteurs influencent le calendrier et l'intensité des flambées :

• la masse du trou noir,
• le spin du trou noir,
• l'orientation du spin par rapport à l'orbite des débris.

Si le trou noir tourne, la précession nodale peut décaler les débris hors de leur plan initial ; le courant peut manquer sa propre trajectoire pendant plusieurs orbites avant de finalement entrer en collision. Ces effets retardent ou modifient la luminosité et peuvent expliquer la diversité des courbes de lumière observées. Avec de meilleures simulations et des télescopes plus puissants, les astronomes pourront lire ces signaux plus clairement.