Astronomie

Comment un trou noir supermassif peut-il amener autant d'énergie à éclairer sa matière alors que sa gravité massive empêche la lumière de s'échapper ?

Comment un trou noir supermassif peut-il amener autant d'énergie à éclairer sa matière alors que sa gravité massive empêche la lumière de s'échapper ?

Pour citer l'article du journal allemand Astronomen beobachten erwachendes Schwarzes Loch :

Das Materie-Monster sitzt den Angaben zufolge im Herzen der 42 Millionen Lichtjahre entfernten Polarring-Galaxie NGC 660, deren Aktivität innerhalb weniger Monate Hunderte Mâle zugenommen hatte.

Erst wenn die Massemonster große Mengen Materie verschlucken, werden sie aktiv. Bei diesem Prozess wird so viel Energie frei, dass die Materie hell aufleuchtet, bevor sie im Schwarzen Loch verschwindet und ein Teil von ihr in Form von Jets weit ins Weltall hinaus geschleudert wird.

Cela se traduit grosso modo par :

Selon les données, le monstre de matière se trouve au milieu de la lointaine galaxie à anneau polaire NGC 660, à 42 millions d'années-lumière, dont l'activité a beaucoup augmenté en quelques mois seulement.

Ce n'est que lorsque ces monstres de la matière avalent de grandes quantités de matière qu'ils deviennent actifs. Ce processus libère tellement d'énergie qu'il éclaire vivement la matière, avant qu'elle ne disparaisse à l'intérieur du trou noir. Une partie de la matière est projetée dans l'univers sous forme de jets.

Mon professeur de physique m'a dit une fois qu'un trou noir n'est qu'un objet très petit et lourd qui a tellement de gravité que rien du tout, pas même la lumière, ne peut échapper à sa gravité. Cette explication est également étayée par cette SE.astronomie - Si rien ne voyage à la vitesse de la lumière, à l'exception de la lumière, comment un trou noir peut-il aussi attirer la lumière en lui-même ? question.

  • Si un trou noir "normal" (non supermassif) peut déjà empêcher la lumière de s'échapper, comment la matière qui est attirée dans le trou noir peut-elle produire de l'énergie/de la lumière qui ne peut pas échapper à la gravité du trou noir ?

  • Comment un trou noir supermassif peut-il attirer de la matière, mais pas les photons lumineux de l'énergie ?

  • De plus : Pourquoi une partie de la matière qui est attirée dans le trou noir est-elle jetée (c'est-à-dire accéléré) dans l'univers ? Je comprends pourquoi cette question est peut-être divisée - l'accélération augmente pour autant que je sache quadratique, c'est-à-dire que les différences en termes d'accélération réelle, en fonction de l'emplacement, peuvent être si énormes que la question ne peut pas être maintenue ensemble. Mais je ne comprends pas pourquoi une partie de l'affaire est accélérée dans l'exacte opposé direction, en tant que force plus gros car la gravité du trou noir supermassif serait nécessaire. Par conséquent : Pourquoi une partie de la matière est-elle accélérée dans la direction opposée (c'est-à-dire hors de la gravité du trou noir) que l'autre partie ?


Remarque : Ma formation en physique est plutôt limitée. Je connais un peu la gravité newtonienne et un peu la théorie de la conservation de l'énergie. Mais c'est tout ce que je sais sur la physique.


Il est tout à fait exact qu'un trou noir a une masse telle que la lumière ne peut pas s'échapper d'une région autour du trou noir. Le bord de cette région est appelé l'horizon des événements. Si vous traversez un horizon événementiel, vous ne reviendrez jamais. Cela s'applique également à la lumière et à la matière.

Autour du trou noir, il peut y avoir de la matière en orbite. Étant donné que le trou noir a une gravité si forte, la vitesse de la matière en orbite sera très rapide. En fait, il sera proche de la vitesse de la lumière. Cette vitesse élevée lui donne beaucoup d'énergie. La matière formera un disque, appelé disque d'accrétion, autour du trou noir, et les collisions dans ce disque feront chauffer la matière, à des millions de degrés. À ces températures, le disque brillera de rayons X.

Sur la partie du disque la plus proche du trou noir, la matière tombera du disque, mais avant qu'elle n'atteigne le trou noir, elle peut obtenir suffisamment d'énergie pour être éjectée, à très grande vitesse, proche de la vitesse de la lumière. Il est éjecté perpendiculairement au disque, aux pôles du trou noir. Ce sont les "jets". Un rayonnement intense est produit le long de ces jets. Les blazars sont de lointains trous noirs supermassifs avec des jets pointés directement sur nous.

Ainsi, le trou noir lui-même est « noir », mais la matière en orbite autour de lui peut être très brillante.


La lumière vient de bien dehors l'horizon des événements du trou noir.

La matière ne peut pas tomber dans un trou noir sans d'abord perdre la majeure partie de son moment angulaire (sinon elle continuerait simplement à orbiter autour du trou noir). Ceci est accompli par le transfert vers l'extérieur du moment angulaire par viscosité (et d'autres moyens) dans un disque d'accrétion entourant le trou noir.

Au fur et à mesure que la matière se rapproche du trou noir, elle perd également de l'énergie potentielle gravitationnelle, ce qui va dans (i) chauffer le gaz et (ii) le rayonnement du gaz.

À environ 3 fois le rayon de Schwarzschild du trou noir, la matière rencontre l'orbite circulaire stable la plus interne, qui est la plus proche que quoi que ce soit avec une masse puisse faire une orbite stable autour d'un trou noir. On suppose généralement qu'à partir de là, le matériau s'effondre dans le trou noir et est "perdu" de notre univers - augmentant la masse du trou noir.

Donc, tout le rayonnement provient d'un matériau en orbite qui est au moins 3 fois le rayon de Schwarzschild du trou noir. Il n'y a aucun problème pour que la lumière « s'échappe » de cette position, bien qu'elle soit fortement décalée vers le rouge à la fois par la gravité et l'effet Doppler relativiste transverse.

Le problème des « jets » a été couvert par une autre question : pourquoi les trous noirs ont-ils des jets et des disques d'accrétion ?


Une autre façon de le dire est de se demander pourquoi les planètes ou les satellites en orbite autour de leur parent ne tombent pas dedans. De la même manière, des morceaux de matière tourbillonnent autour du noir trou. Dans le processus en raison de la haute énergie de leur inertie, ils émettent de l'énergie lorsqu'ils sont opposés par d'autres particules. Ainsi, ils répandent de la masse sous forme de lumière.

Il est important que nous réalisions que c'est l'énergie avec la bonne quantité de mouvement (à la fois la direction et la vitesse) qui prépare une particule à échapper aux griffes de la gravité. Donc si un particule de lumière a assez d'énergie et se dirige vers le bonne direction, il volonté s'échapper de son orbite extérieure au-delà de l'horizon des événements, généralement en jets.

La lumière émise par de tels jets est d'une énergie immense et est généralement observée dans le spectre gamma. Si vous êtes intéressé par la façon dont ces jets émis peuvent être utilisés pour étudier le trou noir ou en général la physique des particules à haute énergie, consultez Astronomie des rayons gamma à très haute énergie. Il existe des classes entières d'objets qui émettent des photons gamma VHE et d'autres choses intrigantes.


Je suis amené à croire qu'il entraîne la matière dans les objets en orbite autour du trou noir si rapidement qu'il provoque une super friction et que cette friction produit de la chaleur et de la lumière, mais cette lumière serait instantanément entraînée dans le trou noir mais davantage produite immédiatement. C'est mon explication simple, je peux me tromper.


  • L'équipe dit que le trou noir supermassif au centre de la galaxie spirale NGC 1365 tourne si vite que sa surface se déplace presque à la vitesse de la lumière
  • C'est la première fois que quelqu'un mesure avec précision la rotation d'un trou noir supermassif

Publié: 19:02 BST, 27 février 2013 | Mis à jour : 09:20 BST, le 28 février 2013

Des astronomes ont mesuré pour la première fois la vitesse de rotation d'un trou noir supermassif.

La sphère de plus de 2 millions de kilomètres de diamètre - huit fois la distance de la Terre à la Lune - tourne si vite que sa surface se déplace presque à la vitesse de la lumière.

"C'est la première fois que quelqu'un mesure avec précision la rotation d'un trou noir supermassif", a déclaré l'auteur principal Guido Risaliti du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et de l'INAF - Arcetri Observatory.

Vue d'artiste de la galaxie spirale NGC 1365, qui, selon les chercheurs, tourne si vite que sa surface se déplace presque à la vitesse de la lumière

La mesure révolutionnaire a été réalisée à l'aide de nouvelles données du réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires, ou NuSTAR, et des satellites à rayons X XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne.

Les astronomes veulent connaître la rotation du trou noir pour plusieurs raisons.

Le premier est physique - seuls deux nombres définissent un trou noir : la masse et le spin.


Trous noirs : le cycle de vie d'une étoile

Ce n'est pas de la science-fiction ! Grolier Le nouveau livre de la connaissance détaille comment les étoiles provoquent ce phénomène infâme.

« Abandonnez tout espoir, vous qui entrez ici », serait un avertissement approprié pour tout voyageur de l'espace assez fou pour s'approcher d'un trou noir. Les trous noirs sont proposés par les astrophysiciens comme des régions de l'espace où la gravité est si forte que les trous noirs agissent comme des aspirateurs stellaires, aspirant la matière et l'énergie de l'espace et ne laissant rien, pas même la lumière, s'échapper.

Le physicien américain John Wheeler a inventé le terme « trou noir » en 1969, mais, en fait, la théorie existe depuis bien plus longtemps. Dès 1783, l'astronome anglais John Michell a suggéré que si une étoile était suffisamment massive, elle aurait un champ gravitationnel si fort que toute lumière quittant l'étoile serait immédiatement ramenée à la surface de l'étoile.

Les théories de Michell ont été largement ignorées jusqu'en 1939, lorsque les physiciens Robert Oppenheimer et Hartland S. Snyder ont démontré que, sur la base de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, il serait possible pour une étoile de s'effondrer au point de devenir un trou noir.

Le concept de cet artiste de cadre traînant dans un trou noir montre la courbure de l'espace-temps. Non, ce n'est pas de la science-fiction ! Le glissement du cadre est l'endroit où le tissu de l'espace (pas seulement la matière) est littéralement déplacé par l'attraction gravitationnelle d'un trou noir. Un trou noir est une région définie comme l'expression ultime de la gravité. (NASA)

Comment une étoile vieillit

Afin de comprendre comment une étoile pourrait s'effondrer dans un trou noir, il est d'abord important de comprendre le cycle de vie d'une étoile. Une étoile est essentiellement un réacteur à fusion géant. Au cœur de l'étoile, des atomes tourbillonnants d'hydrogène gazeux entrent en collision et fusionnent pour former de l'hélium. En fusionnant, ces atomes d'hydrogène libèrent une énorme quantité d'énergie sous forme de chaleur.

Dans le même temps, l'étoile dans son ensemble lutte continuellement contre l'attraction intérieure de la gravité. La gravité vers l'intérieur provient du noyau central de l'étoile, qui est entouré d'une enveloppe massive de gaz. Cette attraction vers l'intérieur est si immense que l'étoile est toujours sur le point de s'effondrer sous son propre poids.

Qu'est-ce qui empêche l'étoile de s'effondrer ? Une pression interne énorme qui est générée par la chaleur extrême au cœur de l'étoile, qui pousse vers l'extérieur, contrebalançant l'attraction de la gravité vers l'intérieur. Dans notre propre soleil, par exemple, la température au cœur est d'environ 25 000 000 &mdash Fhrenheit (14 000 000&mdashC), générant une pression 100 milliards de fois la pression atmosphérique au niveau de la mer sur Terre.

Après des milliers de millions d'années, cependant, une étoile arrive à la fin de son approvisionnement en hydrogène. Il commence à refroidir et à se contracter. Ce qui se passera ensuite dépendra entièrement de la masse de l'étoile.

Les petites étoiles, comme notre Soleil, s'effondreront pour former des objets appelés naines blanches. De la taille de la planète Terre, les naines blanches résistent à un effondrement supplémentaire avec la pression interne causée par les électrons tournant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Les naines blanches sont des objets très denses : 1 pouce cube de naine blanche pèse plusieurs tonnes. Mais ils sont considérés comme des poids légers par rapport à étoiles à neutrons.

Les étoiles à neutrons sont les produits finaux de l'évolution d'étoiles plus grandes et de celles de 1,4 à 2 fois plus grandes que le Soleil. Les électrons ne peuvent pas résister au plus grand effondrement gravitationnel de ces étoiles et sont poussés dans les noyaux atomiques où ils se combinent avec des protons pour former des neutrons non chargés et étroitement emballés. Les étoiles à neutrons n'ont que quelques kilomètres de diamètre. Ils pèsent environ 1 million de tonnes par centimètre cube. Ils ne peuvent résister à un effondrement supplémentaire qu'en invoquant la force la plus puissante de la nature, appelée à juste titre la "force forte", la force qui lie un noyau atomique.

La force puissante arrête l'implosion de la matière si brusquement et en un dixième de seconde que le noyau stellaire effondré agit comme une charge explosive. L'explosion qui en résulte dans les régions extérieures de l'étoile est appelée une supernova. De tels feux d'artifice célestes, observés par des astronomes chinois en juillet 1054, ont produit la nébuleuse du Crabe, un nuage de gaz qui se tord et brille encore aujourd'hui, à 4 000 années-lumière de la Terre.

Qu'arrive-t-il à une étoile mourante qui est plus de deux fois plus grosse que le Soleil ? Même la force puissante ne peut pas arrêter son élan en chute libre. Il s'effondre complètement, au-delà du stade étoile à neutrons, en un objet encore plus petit et plus dense. En 1939, Oppenheimer et Snyder ont calculé que le champ gravitationnel à la surface d'un tel objet deviendrait si fort que même la lumière (voyageant à une vitesse de 186 282 miles & mdash 299 792 kilomètres & mdash par seconde) serait incapable de s'échapper. Selon la théorie de la relativité d'Einstein, rien dans l'univers ne peut voyager plus vite que la lumière. Par conséquent, si la lumière ne peut pas s'échapper, rien d'autre non plus. L'étoile effondrée devient ce que nous appelons un trou noir.

Peut-être que la meilleure façon de visualiser un trou noir est d'imaginer, un instant, que l'espace est une feuille de caoutchouc plate. Si vous laissiez tomber une bille d'acier sur la feuille, le caoutchouc se courberait vers le bas, formant un trou peu profond. C'est, en un mot, comment Einstein a interprété la gravité. Selon Einstein, la gravité existe parce que les objets massifs plient le tissu de l'espace autour d'eux. Si, par exemple, nous faisions rouler une petite bille sur notre feuille de caoutchouc, elle roulerait autour du sommet du trou formé par la bille d'acier, un peu comme la Terre tourne autour du Soleil.

Imaginez maintenant que nous puissions augmenter le poids de la bille d'acier que nous avons laissée tomber sur notre feuille de caoutchouc. Au fur et à mesure que le poids augmentait, la balle s'affaissait de plus en plus vers le bas, créant un trou de "gravité" profond. Finalement, le caoutchouc serait étiré si fort que le haut du trou se pincerait, fermant du monde extérieur la région contenant la bille d'acier. De même, une étoile effondrée pourrait éventuellement devenir si dense qu'elle courberait complètement l'espace sur elle-même, l'isolant du reste de l'univers.

À quelle distance une étoile devrait-elle s'effondrer avant de "disparaître" de l'univers visible ? Les astronomes appellent cette taille critique « l'horizon des événements » (autrement connu sous le nom de « rayon de Schwarzschild », du nom du physicien allemand Karl Schwarzschild). L'horizon des événements est la limite extérieure d'un trou noir, le point exact auquel les rayons lumineux ne parviennent pas à s'échapper. L'horizon agit comme une membrane à sens unique et la matière peut traverser l'horizon dans un trou noir, mais une fois à l'intérieur, l'horizon ne peut jamais être retraversé.

La taille de l'horizon des événements est proportionnelle à la masse de l'étoile qui s'effondre. Typiquement, l'horizon des événements d'une étoile serait de l'ordre de milles. (Par exemple, une étoile 10 fois plus massive que notre Soleil aurait un rayon de Schwarzschild de 18,6 milles et 30 kilomètres.)

Pourtant, selon nos connaissances actuelles de la physique théorique, une fois qu'une étoile commence à s'effondrer, aucune force connue ne peut l'arrêter. Il continuera à se rétrécir au-delà de son horizon des événements, de plus en plus petit, jusqu'à ce qu'il devienne une "singularité" &mdash un point mathématique avec un volume nul et une densité infinie. Cette singularité se trouve au centre même d'un trou noir.

Explorer un trou noir

Si un astronaute tentait de visiter un trou noir, ce serait un aller simple. Avant même que l'astronaute n'arrive à l'horizon des événements, il ou elle rencontrerait d'énormes forces de marée exercées par le trou noir. Imaginez, par exemple, que l'astronaute tombe les pieds en avant vers le trou. La force gravitationnelle tirant sur les jambes serait considérablement plus forte que la force gravitationnelle tirant sur la tête. La différence entre ces deux forces étirerait l'astronaute comme un morceau de tire.

Comme si cela ne suffisait pas, chaque atome du corps de l'astronaute serait attiré vers la singularité au centre du trou noir. Pour l'astronaute, la sensation peut être similaire à celle d'être pressé par un poing géant.

Après avoir été étiré et pressé par les forces gravitationnelles du trou noir, notre intrépide voyageur de l'espace ressemblerait à un brin de spaghetti et ne serait probablement pas d'humeur à poursuivre l'exploration.

Imaginons un instant que nous puissions à la place envoyer une sonde robotique pour enquêter sur le trou noir, une sonde qui pourrait en quelque sorte rester intacte malgré les énormes forces de marée. Pour les besoins de la discussion, nous allons monter une horloge et une source lumineuse à l'extérieur de notre sonde.

Si nous regardions le robot sur Terre, nous remarquerions un phénomène curieux. La source lumineuse montée sur le côté de la sonde commencerait à changer de couleur. Si la lumière, par exemple, commençait au vert, elle deviendrait jaune, puis rouge à mesure qu'elle se rapprochait de plus en plus de l'horizon des événements du trou noir.

En effet, la lumière est composée de particules appelées photons. Lorsque les photons s'éloignent du trou noir, ils dépensent une partie de leur énergie en essayant d'échapper à l'énorme attraction gravitationnelle du trou. Plus ils sont proches de l'horizon des événements, plus ils ont besoin d'énergie pour s'éloigner.

L'énergie d'un photon est proportionnelle à la fréquence de son rayonnement. En conséquence, la lumière qui perd de l'énergie aura une fréquence réduite, et donc une longueur d'onde plus longue. Cet effet est connu sous le nom de "décalage vers le rouge gravitationnel". Lorsque la lumière a une longue longueur d'onde, elle est de couleur rouge.

Finalement, à mesure que la sonde du robot se rapproche de plus en plus de l'horizon des événements, la source lumineuse semblera disparaître de la vue. La longueur d'onde de la lumière sera devenue si longue qu'elle ne pourra être détectée qu'avec des infrarouges et des radiotélescopes.

Juste au-dessus de l'horizon des événements du trou noir, la longueur d'onde de la lumière approchera l'infini. Théoriquement, le rayonnement de la source lumineuse nous parviendrait encore sur Terre, mais d'ici là, les longueurs d'onde seraient si longues qu'aucun instrument scientifique connu ne serait capable de les détecter.

Pendant ce temps, l'horloge montée sur le côté de notre sonde robotique se comporterait également plutôt bizarrement. Selon la théorie de la relativité d'Einstein, le temps ralentit en présence d'un fort champ gravitationnel, du moins vu par un observateur extérieur. Alors que la sonde se rapprochait de plus en plus du trou noir, les astronomes de retour sur Terre remarqueraient que l'horloge tournait de plus en plus lentement.

L'horloge continuerait à ralentir jusqu'à ce que la sonde arrive à l'horizon des événements, moment auquel l'horloge s'arrêterait complètement. La sonde semblerait figée dans le temps, planant au bord du trou noir pour le reste de l'éternité.

La relativité prédit, cependant, que du point de vue du robot, le temps ne semble pas être affecté de quelque façon que ce soit. La sonde arriverait à l'horizon des événements et entrerait dans le trou noir sans que l'horloge ne ralentisse un seul instant. Pourtant, notre explorateur robot dévoué n'aurait qu'une fraction de seconde pour contempler cette loi particulière de la nature, à quel point il serait attiré vers le centre du trou noir, où il rencontrerait la singularité et serait écrasé à une densité infinie.

Prouver que les trous noirs existent

Tout cela peut sembler très étrange et, en fait, pendant de nombreuses années, la majorité des astronomes et des physiciens ont hésité à le croire. (L'éminent astronome anglais Sir Arthur Eddington a même déclaré qu'il doit y avoir une "loi de la nature des quotas pour empêcher une étoile de se comporter de cette manière absurde !") Si les astronomes devaient croire aux trous noirs, ils voulaient plus que de simples équations mathématiques sur un tableau noir ils voulaient des preuves tangibles et physiques.

De telles preuves sont devenues disponibles en 1967, lorsque deux astronomes britanniques, Jocelyn Bell et Antony Hewish, ont découvert des objets dans l'espace qui émettaient des impulsions régulières d'ondes radio. Au début, les astronomes pensaient avoir pris contact avec une civilisation extraterrestre dans une galaxie lointaine. Ils ont même nommé les objets « LGM » pour Little Green Men. Finalement, cependant, les astronomes sont arrivés à la conclusion que les objets étaient des étoiles à neutrons en rotation, émettant un rayonnement sous la forme de faisceaux étroits. Comme un phare céleste, chaque fois que l'étoile à neutrons tournait vers la Terre, les astronomes pouvaient détecter une impulsion. Par conséquent, ces objets ont été nommés pulsars.

Ce fut la première preuve tangible que les étoiles à neutrons existent réellement. Si une étoile pouvait s'effondrer en un objet aussi petit qu'une étoile à neutrons, il semblait alors raisonnable de supposer qu'elle pourrait s'effondrer à une taille encore plus petite et devenir un trou noir.

Un problème demeure. Comment trouve-t-on un trou noir ? Elles ne sont pas aussi accommodantes que les étoiles à neutrons, en ce sens qu'elles n'émettent pas de faisceaux de rayonnement facilement détectables. En fait, selon la théorie conventionnelle, les trous noirs n'émettent rien du tout.

Les astronomes ont vu un moyen de sortir de ce dilemme. Les trous noirs exercent une énorme force gravitationnelle sur les objets proches. Ainsi, bien que les scientifiques ne puissent pas voir un trou noir "dans la chair", pour ainsi dire, ils peuvent observer comment cela affecterait son environnement.

À ce jour, les systèmes d'étoiles binaires offrent le meilleur espoir de localiser un trou noir. Les astronomes ont détecté de nombreux systèmes de ce type, où deux étoiles orbitent l'une autour de l'autre. Dans certains cas, les astronomes n'ont observé qu'une seule étoile visible, qui semblait être en orbite autour d'un compagnon invisible. Il est possible que le compagnon soit une étoile trop faible pour être vue de la Terre. Il est également possible, cependant, que le deuxième objet soit un trou noir.

Si un trou noir faisait partie d'un système d'étoiles binaires, ses énormes forces de marée tireraient de la matière gazeuse de la surface de l'étoile voisine. Comme l'eau qui s'écoule d'une baignoire, la matière gazeuse s'enroulerait lentement dans le trou noir, formant un disque de gaz tourbillonnant autour de l'horizon des événements, un phénomène que les astronomes appellent un disque d'accrétion.

Dans le disque d'accrétion, la compression et la friction interne chaufferaient le gaz à des températures aussi élevées que 1 800 000&mdash F (1 000 000&mdash C). Lorsque le gaz devient aussi chaud, il émet une énergie énorme sous forme de rayons X détectables par les astronomes.

En 1970, un satellite artificiel américain, Uhuru, a été lancé au large des côtes de l'Afrique de l'Est. (Uhuru est le mot swahili pour "liberté".) Son but était de détecter les sources de rayons X au-dessus de l'interférence de l'atmosphère terrestre. Uhuru a trouvé plus de 100 étoiles émettant des impulsions de rayons X. L'une des sources de rayons X les plus puissantes était Cygnus X-1, située à environ 6 000 années-lumière de la Terre.

Un examen plus approfondi de Cygnus X-1 a révélé qu'il s'agissait d'un système d'étoiles binaires, avec une étoile supergéante en orbite autour d'un compagnon invisible. En mesurant la vitesse et la période orbitale de l'étoile supergéante, les astronomes ont pu calculer approximativement la masse de l'objet invisible. L'objet a été estimé à au moins six masses solaires (six fois la masse du Soleil), bien trop massive pour être soit une naine blanche, soit une étoile à neutrons. En 1974, les astronomes ont conclu que Cygnus X-1 devait contenir un trou noir.

En 1997, des astronomes ont découvert dans le cœur de la galaxie active NGC 6521 ce qui semble être un disque déformé et poussiéreux tourbillonnant autour d'un trou noir supermassif, leur donnant la première ligne de vue directe dans l'environnement immédiat d'un trou noir.

En janvier 2000, les astronomes ont découvert ce qui pourrait être le trou noir le plus proche de la Terre, à seulement 1 600 années-lumière. Situé près du centre de la Voie lactée en direction de la constellation du Sagittaire, le trou noir émet des rayons gamma en continu plutôt que par flashs ou sursauts.

Et au cœur de la lointaine galaxie NGC 4395, les astronomes ont découvert ce qui pourrait être un nouveau type de trou noir de masse moyenne, pesant peut-être aussi "peu" que 10 000 à 100 000 Soleils.

Le meilleur candidat trou noir jamais découvert est peut-être un système d'étoiles binaires qui porte le nom sans intérêt A0620-00. Comme Cygnus X-1, A0620-00 émet des niveaux intenses de rayonnement X. Le système binaire a une étoile naine orange visible, qui orbite autour d'une masse sombre et invisible. À la fin des années 1980, les astronomes ont étudié les mouvements de la naine orange et ont estimé que la sombre compagne de l'étoile était 3,2 fois la masse de notre Soleil.

Avec une masse aussi grande, l'objet sombre a été placé en haut de la liste des suspects de trous noirs. Mais pour obtenir une estimation plus précise, les astronomes devraient mesurer la vitesse de l'objet sombre. Au début, cela semblait impossible : comment pouvez-vous mesurer un objet que vous ne pouvez même pas voir ?

Le télescope Hubble a trouvé des preuves apparemment concluantes de trous noirs massifs au cœur de nombreuses galaxies à travers notre univers. Une de ces galaxies, connue sous le nom de M87, est suffisamment brillante pour être vue avec un petit télescope d'arrière-cour. D'autres sont des galaxies lointaines avec des noyaux très énergétiques. Dans certaines galaxies, le télescope Hubble a détecté des disques de matière en spirale vers l'intérieur vers le trou noir dans d'autres galaxies, il a trouvé des faisceaux de rayonnement énergétique et des nœuds gazeux éjectés à des vitesses énormes.

Rayonnement de Hawking

Le physicien anglais Stephen Hawking a suggéré que le rayonnement pourrait non seulement exister à proximité d'un trou noir, mais qu'il pourrait en fait fuir du trou lui-même. Fuite d'énergie d'un trou noir ? Cela semble impossible. Mais Hawking dit que les trous noirs émettent des radiations sous forme de particules subatomiques qui n'obéissent pas aux lois traditionnelles de la physique. De telles particules "virtuelles", comme les appelle Hawking, peuvent être créées par paires dans l'espace vide, pour se heurter et s'annihiler instantanément. Si une telle paire devait se former près d'un trou noir, une particule serait aspirée, tandis que l'autre s'échapperait dans l'espace.

Comme un trou noir perd de l'énergie, il perdrait également une quantité proportionnelle de masse. La théorie de Hawking suggère qu'il pourrait arriver un moment où un trou noir perdra tellement de masse qu'il ne sera plus en mesure de courber l'espace autour de lui. Le trou noir cesserait d'être un trou noir et la masse restante exploserait probablement vers l'extérieur, avec une force équivalente à des millions de bombes à hydrogène.

Mais ne levez pas les yeux dans le ciel en vous attendant à voir un feu d'artifice de trous noirs qui explosent. Un grand trou noir vit très longtemps. Plus précisément, il faudrait des milliards et des milliards d'années pour qu'il perde suffisamment d'énergie pour exploser vers l'extérieur. L'univers lui-même n'existe que depuis 20 milliards d'années.

Pourtant, il est possible que de très petits trous noirs, formés aux premiers jours de l'univers, explosent à peu près maintenant, libérant de l'énergie sous forme de rayons gamma, équivalant à environ 100 millions de volts d'électricité.

Les astronomes recherchent maintenant dans le ciel de telles explosions de rayonnement gamma. S'ils sont trouvés, les astronomes pourraient vérifier ce que Stephen Hawking a dit au cours des 20 dernières années : "Les trous noirs ne sont pas si noirs."

Voyage dans le temps

En 1895, H. G. Wells a écrit un livre sur un appareil capable de transporter un homme dans le temps. Le livre s'appelait La machine à remonter le temps, et pendant un siècle après sa publication, le concept de voyage dans le temps est resté un sujet de prédilection parmi les auteurs de science-fiction.

En 1988, cependant, la science-fiction s'est rapprochée de la réalité scientifique lorsque le physicien américain Kip Thorne et ses collègues du California Institute of Technology (Caltech) ont publié un article dans la prestigieuse revue Lettres d'examen physique, intitulé "Trous de ver, machines à remonter le temps et condition énergétique faible."

Thorne n'a pas réellement publié de plan pour une machine à remonter le temps à faire soi-même. Il a émis l'hypothèse qu'une "civilisation arbitrairement avancée" pourrait être en mesure de trouver une faille dans les lois de la physique qui permettrait aux individus de voyager dans le temps.

La faille que Thorne avait en tête est ce que les physiciens appellent un "trou de ver". Un trou de ver est similaire à un trou noir, mais avec une différence notable. Au fond d'un trou noir, il y a une singularité, un point mathématique de masse infinie par lequel rien ne peut passer.

Un trou de ver, en revanche, n'a pas de fond. Il a deux « bouches » reliées par une « gorge ». C'est essentiellement un tunnel à travers l'espace. Un voyageur de l'espace entrant dans une bouche d'un trou de ver pourrait émerger de la seconde bouche quelques secondes plus tard, mais à mi-chemin à travers la galaxie.

Les équations d'Einstein prédisent l'existence de trous de ver, bien que personne n'en ait jamais trouvé. Le physicien américain John Wheeler a suggéré qu'un bon endroit pour en chercher un serait à un niveau submicroscopique, où des fluctuations aléatoires se produisent dans le tissu de l'espace-temps. Dans un tel environnement, des trous de ver apparaîtraient et s'effondreraient spontanément, donnant à l'espace un aspect mousseux et mousseux.

Kip Thorne suggère qu'une civilisation avancée pourrait extraire un trou de ver de cette mousse, l'agrandir, puis déplacer ses ouvertures autour de l'univers jusqu'à ce que le trou de ver prenne la taille, la forme et l'emplacement souhaités. Malheureusement, une fois un tel trou de ver créé, il serait très instable. Si un voyageur de l'espace entrait dans le trou de ver, la gorge pourrait se refermer instantanément. Même en se déplaçant à la vitesse de la lumière, le voyageur de l'espace pourrait être incapable d'atteindre l'autre côté du trou de ver avant qu'il ne s'effondre autour de lui.

Afin d'éviter une telle catastrophe, les physiciens de Caltech recommandent que notre hypothétique civilisation avancée enfile la gorge du trou de ver avec ce qu'ils appellent un "matériau exotique". posséder une tension radiale (vers l'extérieur) comparable à la pression au centre d'une étoile à neutrons. Kip Thorne pense qu'il y a 50 à 50 chances que les lois de la physique permettent à une telle substance d'exister.

Une fois que nos « scientifiques arbitrairement avancés » auraient fini de construire un trou de ver sûr et traversable, ils seraient prêts à le convertir en une machine à remonter le temps. À ce stade, ils s'appuieraient sur la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. Selon Einstein, le temps ralentit pour un objet en mouvement lorsqu'il est mesuré par un observateur immobile.

Ceci est souvent illustré par ce que l'on appelle le "paradoxe des jumeaux". Imaginez que vous ayez des frères jumeaux, nommés Bill et Ted, âgés chacun de 20 ans. Bill décolle dans un vaisseau spatial, tandis que Ted reste sur Terre. La destination de Bill est une étoile à 25 années-lumière. (Une année-lumière est la distance qu'un faisceau de lumière peut parcourir en un an.) Son vaisseau spatial peut atteindre une vitesse de 99,9 % de la vitesse de la lumière. Du point de vue de Ted, Bill sera parti pendant 50 ans (25 ans pour atteindre l'étoile, plus 25 ans pour revenir). Cependant, du point de vue de Bill à bord du vaisseau spatial, tout le voyage ne durera qu'un an. Cet effet est connu sous le nom de "dilatation du temps". Lorsque Bill reviendra sur Terre, il n'aura que 21 ans, mais son frère Ted aura 70 ans.

Maintenant, au lieu de deux frères, imaginez que nous avons affaire à deux bouches d'un vortex. Notre civilisation avancée pourrait déplacer une extrémité du trou de ver, peut-être en utilisant un astéroïde lourd ou une étoile à neutrons comme une sorte de remorqueur gravitationnel. If the mouth of the wormhole were accelerated to a high enough speed and then returned to its original position, it would behave just like our space-traveling twin brother. A clock fixed to the moving mouth would tick more slowly than one at the stationary mouth.

For instance, the clock outside the accelerated mouth might read 12:00 noon, but the clock outside the stationary mouth would read 1:00 p.m. By passing from one mouth to the other, a space traveler could move back and forth through time.

How far could our traveler move through time? That would depend upon how long and how fast the wormhole mouth is accelerated. If the mouth were moved at 99.9 percent of the speed of light for 10 years, the time difference between the two mouths would be nine years and 10 months. Theoretically, if you accelerated a wormhole mouth fast enough and long enough, the time difference between the two mouths could be stretched across several centuries.

There is, however, a limitation to Kip Thorne's time machine. Common sense tells us you cannot travel back to a time before you created the wormhole and accelerated one of the mouths through space. After all, what we're doing is exploiting the relative rate at which time passes under the effects of speed. So, unfortunately, you could not pop back through time to visit the dinosaurs. Unless, of course, you were lucky enough to find a time hole that had already been constructed by an advanced civilization several million years ago.


Why the universe is empty

Alien life is likely, but there is none that we can see. Therefore, it could be the case that somewhere along the trajectory of life's development, there is a massive and common challenge that ends alien life before it becomes intelligent enough and widespread enough for us to see—a great filter.

This filter could take many forms. It could be that having a planet in the Goldilocks' zone—the narrow band around a star where it is neither too hot nor too cold for life to exist—and having that planet contain organic molecules capable of accumulating into life is extremely unlikely. We've observed plenty of planets in the Goldilock's zone of different stars (there's estimated to be 40 billion in the Milky Way), but maybe the conditions still aren't right there for life to exist.

The Great Filter could occur at the very earliest stages of life. When you were in high school bio, you might have the refrain drilled into your head “mitochondria are the powerhouse of the cell." I certainly did. However, mitochondria were at one point a separate bacteria living its own existence. At some point on Earth, a single-celled organism tried to eat one of these bacteria, except instead of being digested, the bacterium teamed up with the cell, producing extra energy that enabled the cell to develop in ways leading to higher forms of life. An event like this might be so unlikely that it's only happened once in the Milky Way.

Or, the filter could be the development of large brains, as we have. After all, we live on a planet full of many creatures, and the kind of intelligence humans have has only occurred once. It may be overwhelmingly likely that living creatures on other planets simply don't need to evolve the energy-demanding neural structures necessary for intelligence.


Reality of black holes

Formation

General relativity (as well as most other metric theories of gravity) not only says that black holes pouvez exist, but in fact predicts that they will be formed in nature whenever a sufficient amount of mass gets packed in a given region of space, through a process called gravitational collapse. As the mass inside that region increases, its gravity becomes stronger &mdash or, in the language of relativity, the space around it becomes increasingly deformed. When the escape velocity at a certain distance from the center reaches the speed of light, an event horizon is formed within which matter must inevitably collapse onto a single point, forming a singularity.

A quantitative analysis of this idea led to the prediction that a star remaining about three times the mass of the Sun at the end of its evolution (usually as a neutron star), will almost inevitably shrink to the critical size needed to undergo a gravitational collapse. Once it starts, the collapse cannot be stopped by any physical force, and a black hole is created.

Stellar collapse will generate black holes containing at least three solar masses. Black holes smaller than this limit can only be created if their matter is subjected to sufficient pressure from some source other than self-gravitation. The enormous pressures needed for this are thought to have existed in the very early stages of the universe, possibly creating primordial black holes which could have masses smaller than that of the Sun.

Supermassive black holes containing millions to billions of solar masses could also form wherever a large number of stars are packed in a relatively small region of space, or by large amounts of mass falling into a "seed" black hole, or by repeated fusion of smaller black holes. The necessary conditions are believed to exist in the centers of some (if not most) galaxies, including our own Milky Way .

Observation

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Theory says that we cannot detect black holes by light that is emitted or reflected by the matter inside them. However, those objects can be inductively detected from observation of phenomena near them, such as gravitational lensing and stars that appear to be in orbit around space where there is no visible matter.

The most conspicuous effects are believed to come from matter falling into a black hole, which (like water flowing into a drain) is predicted to collect into an extremely hot and fast-spinning accretion disk around the object before being swallowed by it. Friction between adjacent zones of the disk causes it to become extremely hot and emit large amounts of X-rays. This heating is extremely efficient and can convert about 50% of the mass energy of an object into radiation, as opposed to nuclear fusion which can only convert a few percent of the mass to energy. Other predicted effects are narrow jets of particles at relativistic speeds squirting off along the disk's axis.

However, accretion disks, jets, and orbiting objects are found not only around black holes, but also around other objects such as neutron stars and the dynamics of bodies near these non-black hole attractors is largely similar to the dynamics of bodies around black holes, and is currently a very complex and active field of research involving magnetic fields and plasma physics. Hence, for the most part, observations of accretion disks and orbital motions merely indicate that there is a compact object of a certain mass, and says very little about the nature of that object. The identification of an object as a black hole requires the further assumption that no other object (or bound system of objects) could be so massive and compact. Most astrophysicists accept that this is the case, since according to general relativity, any concentration of matter of sufficient density must necessarily collapse into a black hole.

One important observable difference between black holes and other compact massive objects is that any infalling matter will eventually collide with the latter, at relativistic speeds, leading to irregular intense flares of X-rays and other hard radiation. Thus the lack of such flare-ups around a compact concentration of mass is taken as evidence that the object is a black hole, with no surface onto which matter can be suddenly dumped.

Have we found them?

There is now a great deal of indirect astronomical observational evidence for black holes in two mass ranges:

Additionally, there is some evidence for intermediate-mass black holes (IMBHs), those with masses of a few thousand times that of the Sun. These black holes may be responsible for the formation of supermassive black holes.

Candidates to stellar-mass black holes were identified mainly by the presence of accretion disks of the right size and speed, without the irregular flare-ups that are expected from disks around other compact objects. Stellar-mass black holes may be involved in gamma ray bursts (GRBs), although observations of GRBs in association with supernovae or other objects that are not black holes [6] (http://liftoff.msfc.nasa.gov/academy/universe/plasma_univ.html) [7] (http://www.wkap.nl/prod/b/0-7923-3784-0) have reduced the possibility of a link.

Candidates for more massive black holes were first provided by the active galactic nuclei and quasars, discovered by radioastronomers in the 1960s. The efficient conversion of mass into energy by friction in the accretion disk of a black hole seems to be the only explanation for the copious amounts of energy generated by such objects. Indeed the introduction of this theory in the 1970s removed a major objection to the belief that quasars were distant galaxies &mdash namely, that no physical mechanism could generate that much energy.

From observations in the 1980s of motions of stars around the galactic center, it is now believed that such supermassive black holes exist in the center of most galaxies, including our own Milky Way. Sagittarius A* is now agreed to be the most plausible candidate for the location of a supermassive black hole at the center of the Milky Way galaxy.

The current picture is that all galaxies may have a supermassive black hole in their center, and that this black hole swallows gas and dust in the middle of the galaxies generating huge amounts of radiation &mdash until all the nearby mass has been swallowed and the process shuts off. This picture also nicely explains why there are no nearby quasars. Though the details are still not clear, it seems that the growth of the black hole is intimately related to the growth of the spheroidal component &mdash an elliptical galaxy, or the bulge of a spiral galaxy &mdash in which it lives. Interestingly, there is no evidence for massive black holes in the center of globular clusters, suggesting that these are fundamentally different from galaxies.


Rogue Black Holes May Wander the Galaxy

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Here’s another “rogue black hole” theory, which hopefully doesn’t set the doomsday crowd off on a new tangent. But new research suggests that hundreds of massive black holes, left over from the early galaxy-building days of the Universe, may wander the Milky Way. Astrophysicists Ryan O’Leary and Avi Loeb say that rogue black holes originally lurked at the centers of tiny, low-mass galaxies. Over billions of years, those dwarf galaxies smashed together to form full-sized galaxies like the Milky Way. But they also predict that Earth should be safe, as the closest rogue black hole should reside thousands of light-years away.

“These black holes are relics of the Milky Way’s past,” said Loeb, from the Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. “You could say that we are archaeologists studying those relics to learn about our galaxy’s history and the formation history of black holes in the early universe.”

Astronomers say if these wandering black holes could be located, they could provides clues to the formation of the Milky Way.

The theory predicts that each time two proto-galaxies with central black holes collided, their black holes merged to form a single, “relic” black hole. During the merger, directional emission of gravitational radiation would cause the black hole to recoil. A typical kick would send the black hole speeding outward fast enough to escape its host dwarf galaxy, but not fast enough to leave the galactic neighborhood completely. As a result, such black holes would still be around today in the outer reaches of the Milky Way halo.

This sounds similar to another “rogue black hole” theory released in 2008 from Vanderbilt University, where a supercomputer simulation predicted colliding black holes created in globular clusters would be kicked out of their home and left to wander the galaxy. Astronomers have been looking for them for years, and even after all that searching, they’ve only come up with a couple of tentative candidates.
But Loeb and O’Leary say hundreds of rogue black holes should be traveling the Milky Way’s outskirts, each containing the mass of 1,000 to 100,000 suns. They would be difficult to spot on their own because a black hole is visible only when it is swallowing, or accreting, matter.

There could be on telltale sign, however. A surrounding cluster of stars could be yanked from the dwarf galaxy when the black hole escaped. Only the stars closest to the black hole would be tugged along, so the cluster would be very compact.

But still it would be hard to determine. Due to the cluster’s small size on the sky, appearing to be a single star, astronomers would have to look for more subtle clues to its existence and origin. For example, its spectrum would show that multiple stars were present, together producing broad spectral lines. The stars in the cluster would be moving rapidly, their paths influenced by the gravity of the black hole.
O’Leary and Loeb say now that they know what to look for, astronomers should begin scanning the skies for a population of highly compact star clusters in the Milky Way’s halo.

The number of rogue black holes in our galaxy will depend on how many of the proto-galactic building blocks contained black holes at their cores, and how those proto-galaxies merged to form the Milky Way. Finding and studying them will provide new clues about the history of our galaxy.

Loeb and O’Leary’s journal paper will be published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society and is available online at arXiv.


Can a black hole form inside another black hole?

This is ignoring all the recent firewall paradox stuff since the context of my question is supposed to be classical General Relativity or I guess semi-classical if you are allowed to include hawking radiation.

For a supermassive black hole, as you cross the event horizon, an observer supposedly should feel nothing strange. That means to me that space is somewhat normal at least for a short distance inside the event horizon. So if a massive enough amount of hydrogen gas falls straight in at the same location (not spiralling like an accretion disk), can it form a star inside the event horizon?

If yes, then if the black hole is supermassive enough that it takes a long time for the star to reach the central singularity, and assuming the star is massive enough, can it collapse into a black hole itself?

If yes, does anything strange happen that is different from the conventional merger of two black holes?

There may be another answer to your question in the spirit in which it is asked, but formally the answer is no. Being a black hole is a global property. A black hole is a bunch of points that can't send causal signals to future null infinity. Once a point is in a black hole, you can't double up on that definition. You're either "in a black hole" or "out of a black hole."

No. Once matter falls through a black hole's event horizon, then (from its perspective) there's nowhere it can go but further in. In fact, there's a maximum time that a particle can spend between passing through the horizon and hitting the singularity, and it's not very long. Space may be relatively normal for a certain distance near the horizon, but that's also only true for a certain length of time.

This is all because once inside the horizon, the speed it takes to escape the black hole's gravitational pull is greater than the speed of light, and nothing can travel faster than light, so nothing can overcome that gravity. So a star - which is an object where the gravitational pull in towards the center is balanced out by the pressure of the gas pushing outward - is impossible within the event horizon.

My understanding is that for supermassive black holes, the event horizon is large enough that crossing it is not associated with any particularly large tidal forces.

From a local perspective, shouldn't physics operate as it normally does? Obviously, it's segregated from the rest of the universe by the event horizon but to the local observer, shouldn't local process such as black hole formation still occur as usual?

e.g.: to extend OP's question, if you dropped a large mass star that is just entering terminal Si -> Fe fusion across and supermassive black hole event horizon, wouldn't the usual core collapse and local event horizon formation still occur? It's going to be hidden from the rest of the universe, of course, but what happens to the core collapse? Is there some sort of mechanism that prevents it? Does a local event horizon form?

What would happen if two black holes' event horizons were to overlap? And how long could they remain measurably distinct, or if that's not a meaningful question, how long would it take for the two to be indistinguishable from a single black hole?

Correct me if I'm wrong, but there is no physical evidence that black holes have singularities. We know for sure that very dense, non-luminous objects exist (black hole binaries being perhaps the most accessible examples) but most of what we talk about black holes beyond that is really just speculation, including Hawking radiation. I hate to nitpick, but I just wanted to be clear about singularities. Anyway, good answer as usual.

So, you are asking if a black hole had enough gravity to pull in enough gas at one time to form a supermassive star inside of it which then collapses into a black hole of its own? Probablement pas.

A black hole's gravity at the event horizon would be causing an object falling into it at relativistic speeds. This means that the event horizon itself would need to be millions or billions of light-years in radius to allow star-formation, life, and death (regardless of whether a black hole is formed) before being coalesced into the body of mass.

As for a for general, what if a star were to venture into an event horizon just before it collapses? The energy from the star going supernova, combined with the gravitational energy of the host black hole, would probably cause a spectacular eruption of particulate matter and energy from the black hole as the gravitation field is disrupted by the reaction. The host singularity would be bombarded with high-energy matter, and strengthed quickly as the dying star surrenders to the larger event.

Ultimately, even that is a flawed thought, because the star, while being sucked up, will not fall into the black hole in a uniform manner. It starts by being siphoned at the corona, huge amounts of mass being torn from the surface little by little, shrinking the star and removing its ability to become a black hole in itself.


Black hole fails to do its job

Credit: X-ray: NASA/CXO/Univ. of Montreal/J. Hlavacek-Larrondo et al Optical/IR: NASA/STScI

Astronomers have discovered what can happen when a giant black hole does not intervene in the life of a galaxy cluster. Using NASA's Chandra X-ray Observatory and other telescopes they have shown that passive black hole behavior may explain a remarkable torrent of star formation occurring in a distant cluster of galaxies.

Galaxy clusters contain hundreds or thousands of galaxies pervaded by hot, X-ray emitting gas that outweighs the combined mass of all the galaxies. Ejections of material powered by a supermassive black hole in the cluster's central galaxy usually prevent this hot gas from cooling to form vast numbers of stars. This heating allows supermassive black holes to influence or control the activity and evolution of their host cluster.

But what happens if that black hole stops being active? The galaxy cluster SpARCS104922.6+564032.5 (SpARCS1049 for short) located 9.9 billion light years away from Earth is supplying one answer.

Based on observations from NASA's Hubble Space Telescope and Spitzer Space Telescope, astronomers had previously discovered stars were forming at an extraordinary rate of about 900 new Suns worth of mass per year in SpARCS1049. This is over 300 times faster than the rate at which our galaxy, the Milky Way, is forming its stars. (At the rate seen in SpARCS1049, all of the stars in the Milky Way could form in just 100 million years, which is a short period of time compared to our Galaxy's age of more than ten billion years.)

"It reminds me of the old expression of 'when the cat's away, the mice will play,'" said Julie Hlavacek-Larrondo of the University of Montreal in Canada, who led the study. "Here the cat, or black hole, is quiet and the mice, or stars, are very busy."

This furious star formation is happening about 80,000 light years away from the center of SpARCS1049 in a region outside any of the cluster's galaxies. Astronomers have been asking: what is causing this prodigious cycle of star birth?

The answer may come from new Chandra data revealing the behavior of the hot gas in SpARCS1049. In most of the cluster, the temperature of the gas is about 65 million degrees. However, at the site of star formation the gas is denser than average and has cooled off to a temperature of only about 10 million degrees. The presence of this cooler gas suggests that other undetected gas reservoirs have cooled to even lower temperatures that enable huge numbers of stars to form.

"Without the black hole actively pumping energy into its surroundings, the gas can cool enough so this impressive rate of star formation can happen," said co-author Carter Rhea, also of the University of Montreal. "This kind of black hole shut down may be a crucial way for stars to form in the early Universe."

While there are many examples where energy injected by black holes into their surroundings is responsible for reducing the rate of star formation by factors of tens or thousands or more, these clusters are typically only a few hundred million light years from Earth and are much older than SpARCS1049.

In the case of SpARCS1049, astronomers do not see any signs that a supermassive black hole in the central galaxy is actively pulling in matter. For example, there is no evidence for a jet of material blowing away from the black hole at radio wavelengths, or of an X-ray source from the middle of the galaxy indicating that matter was heated as it fell towards a black hole.

"Many astronomers have thought that without the intervention from a black hole, the formation of stars would run out of control," said co-author Tracy Webb of McGill, who first discovered SpARCS1049 in 2015 with NASA's Spitzer Space Telescope. "Now we have observational proof that this is indeed what takes place."

Why is the black hole so quiet? The observed difference in position between the densest gas and the central galaxy might be the cause. This would mean that the supermassive black hole in the center of this galaxy is being starved for fuel. The loss of a fuel source for the black hole prevents outbursts and allows the gas to cool without impediment, with the densest gas cooling the fastest. One explanation for this offset is that two smaller galaxy clusters collided at some point in the past to create SpARCS1049, moving the densest gas away from the central galaxy.

A paper describing these results was published in The Lettres de revues astrophysiques.


New method of measuring the mass of supermassive black holes

In a letter to Nature, an international team of astronomers, including Marc Sarzi from the University of Hertfordshire, report the exciting discovery of a new way to measure the mass of supermassive black holes in galaxies. By measuring the speed with which carbon monoxide molecules orbit around such black holes, this new research opens the possibility of making these measurements in many more galaxies than ever before.

A black hole is an object so dense that its gravity prevents anything, including light, from escaping. Supermassive black holes can be as much as a million to a billion times more massive than our Sun, and it is believed that most, if not all galaxies including the Milky Way,contain supermassive black holes at their centres -- suggesting that the evolution of black holes and galaxies is very tightly linked.

Understanding the formation of the first galaxies, the way galaxies change over time, and the processes that have generated the variety of structures observed in nearby galaxies is one of the most active research areas in astrophysics.

Marc Sarzi, from the University of Hertfordshire's Centre for Astrophysics Research, said: "There is an intriguing link between the mass of supermassive black holes and the mass of their host galaxies, but this is based only on quite a small number of estimates. Until now only three methods were used to measure the mass of supermassive black holes and these only work on relatively nearby galaxies. With this new technique, we have been able to show that we can measure black hole masses much further out in the universe, which will help understanding the role that supermassive black holes played during the formation of galaxies."

Tim Davis, lead author of the paper and from the European Southern Observatory, commented: "We observed carbon monoxide molecules in the galaxy we were monitoring using the Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA) telescope. With its super-sharp images we were able to zoom right into the centre of the galaxy and observe the gas whizzing around the black hole. This gas moves at a speed which is determined by the black-hole's mass, and the distance from it. By measuring the velocity of the gas at each position, we can measure the mass of the black hole."

The CARMA observations were rather challenging, but the new ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) telescope currently being built in Chile will allow this new technique to be applied more routinely to hundreds of galaxies in the nearby Universe.


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