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Une nouvelle théorie sur la brillance des trous noirs et des étoiles à neutrons – Actualite-sante

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Pendant des décennies, les scientifiques ont spéculé sur l’origine du rayonnement électromagnétique émis par les régions célestes abritant des trous noirs et des étoiles à neutrons – les objets les plus mystérieux de l’univers.

Les astrophysiciens pensent que ce rayonnement de haute énergie – ce qui rend brillantes les étoiles à neutrons et les trous noirs – est généré par des électrons qui se déplacent presque à la vitesse de la lumière, mais le processus qui accélère ces particules reste un mystère.

Les chercheurs de l'Université de Columbia ont présenté une nouvelle explication.

Dans une étude publiée dans l'édition de décembre de The Astrophysical Journal les astrophysiciens Luca Comisso et Lorenzo Sironi ont utilisé des simulations massives sur ordinateur pour calculer les mécanismes accélérer ces particules. Ils ont conclu que leur dynamisation résultait de l'interaction entre le mouvement chaotique et la reconnexion de champs magnétiques extrêmement puissants.

"La turbulence et la reconnexion magnétique – un processus dans lequel les lignes de champ magnétique se déchirent et se reconnectent rapidement – conspirent ensemble pour accélérer des particules, les poussant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière ", a déclaré Luca Comisso, chercheur postdoctoral à Columbia et premier auteur de l'étude.

" La région qui abrite des trous noirs et des étoiles à neutrons est extrêmement pénétrée Le gaz de particules chargées et les lignes de champ magnétique entraînées par les mouvements chaotiques du gaz entraînent une reconnexion magnétique vigoureuse ", at-il ajouté. "C'est grâce au champ électrique induit par la reconnexion et la turbulence que les particules sont accélérées aux énergies les plus extrêmes, beaucoup plus élevées que dans les accélérateurs les plus puissants de la Terre, comme le Grand collisionneur de hadrons du CERN."

Lors de l'étude de gaz turbulent , les scientifiques ne peuvent prédire avec précision un mouvement chaotique. Il est difficile de composer avec les mathématiques de la turbulence et constitue l’un des sept problèmes mathématiques du «Prix du millénaire». Pour relever ce défi d'un point de vue astrophysique, Comisso et Sironi ont conçu de nombreuses simulations sur ordinateur, parmi les plus vastes jamais réalisées dans le monde dans ce domaine de recherche, pour résoudre les équations décrivant la turbulence dans un gaz de particules chargées. 19659008] "Nous avons utilisé la technique la plus précise – la méthode particule dans une cellule – pour calculer les trajectoires de centaines de milliards de particules chargées qui dictent de manière cohérente les champs électromagnétiques. Et c’est ce champ électromagnétique qui leur indique comment pour se déplacer ", a déclaré Sironi, professeur adjoint d'astronomie à Columbia et investigateur principal de l'étude.

Sironi a déclaré que le point crucial de l'étude était d'identifier le rôle joué par la reconnexion magnétique dans l'environnement turbulent. Les simulations ont montré que la reconnexion est le mécanisme clé qui sélectionne les particules qui seront ensuite accélérées par les champs magnétiques turbulents jusqu'aux énergies les plus élevées.

Les simulations ont également révélé que les particules gagnaient la majeure partie de leur énergie en rebondissant de manière aléatoire à une vitesse extrêmement élevée. ralentir les fluctuations de la turbulence. Lorsque le champ magnétique est fort, ce mécanisme d'accélération est très rapide. Mais les champs puissants forcent également les particules à suivre une trajectoire courbe et émettent ainsi un rayonnement électromagnétique.

"C’est bien le rayonnement émis autour des trous noirs et des étoiles à neutrons qui les fait briller, phénomène que nous pouvons observer sur Terre ", a déclaré Sironi.

Le but ultime, selon les chercheurs, est de connaître ce qui se passe réellement dans l'environnement extrême entourant les trous noirs et les étoiles à neutrons, ce qui pourrait éclairer davantage la physique fondamentale et l'améliorer. notre compréhension du fonctionnement de notre univers.

Ils envisagent de lier encore plus étroitement leur travail aux observations, en comparant leurs prévisions au spectre électromagnétique émis par la nébuleuse du Crabe, le reste brillant de la supernova (une étoile qui a explosé violemment en 1054). Cela constituera un test rigoureux pour leur explication théorique.

"Nous avons découvert un lien important entre la turbulence et la reconnexion magnétique pour les particules en accélération, mais il reste encore beaucoup de travail à faire", a déclaré Comisso. "Les progrès dans ce domaine de recherche sont rarement l'apport d'une poignée de scientifiques, mais ils sont le fruit d'un important effort de collaboration."

D'autres chercheurs, tels que le groupe d'astrophysique du plasma de l'Université du Colorado à Boulder, se lancent Des contributions importantes dans ce sens, a déclaré Comisso.

Source:

Matériel fourni par Université de Columbia . Original écrit par Carla Cantor. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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