Un trou noir crache des années matérielles après avoir déchiqueté l’étoile


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  • En octobre 2018, une petite étoile a été déchiquetée lorsqu’elle s’est approchée trop près d’un trou noir dans une galaxie située à 665 millions d’années-lumière de la Terre. Bien que cela puisse sembler passionnant, l’événement n’a pas surpris les astronomes qui sont parfois témoins de ces incidents violents en scrutant le ciel nocturne.

    Mais près de trois ans après le massacre, le même trou noir illumine à nouveau le ciel – et il n’a rien avalé de nouveau, selon les scientifiques.

    « Cela nous a pris complètement par surprise – personne n’avait jamais rien vu de tel auparavant », déclare Yvette Cendes, associée de recherche au Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian (CfA) et auteur principal d’une nouvelle étude analysant le phénomène.

    L’équipe conclut que le trou noir éjecte maintenant de la matière voyageant à la moitié de la vitesse de la lumière, mais ne sait pas pourquoi la sortie a été retardée de plusieurs années. Les résultats, décrits cette semaine dans le Journal astrophysiquepeut aider les scientifiques à mieux comprendre le comportement alimentaire des trous noirs, que Cendes assimile à un « rot » après un repas.

    L’équipe a repéré l’explosion inhabituelle tout en revisitant les événements de perturbation des marées (TDE) – lorsque les étoiles envahissantes sont spaghettifiées par des trous noirs – qui se sont produites au cours des dernières années.

    Les données radio du Very Large Array (VLA) au Nouveau-Mexique ont montré que le trou noir s’était mystérieusement réanimé en juin 2021. Cendes et l’équipe se sont précipités pour examiner l’événement de plus près.

    « Nous avons postulé pour le temps discrétionnaire du directeur sur plusieurs télescopes, c’est-à-dire lorsque vous trouvez quelque chose de si inattendu, vous ne pouvez pas attendre le cycle normal de propositions de télescopes pour l’observer », explique Cendes. « Toutes les candidatures ont été immédiatement acceptées. »

    L’équipe a recueilli des observations du TDE, surnommé AT2018hyz, dans plusieurs longueurs d’onde de lumière à l’aide du VLA, de l’observatoire ALMA au Chili, de MeerKAT en Afrique du Sud, de l’Australian Telescope Compact Array en Australie, de l’observatoire Chandra X-Ray et du Neil Gehrels. Observatoire Swift dans l’espace.

    Les observations radio du TDE se sont avérées les plus frappantes.

    « Nous étudions les TDE avec des radiotélescopes depuis plus d’une décennie, et nous constatons parfois qu’ils brillent dans les ondes radio alors qu’ils crachent de la matière alors que l’étoile est d’abord consommée par le trou noir », explique Edo Berger, professeur d’astronomie à Harvard University et le CfA, et co-auteur de la nouvelle étude. « Mais dans AT2018hyz, il y a eu un silence radio pendant les trois premières années, et maintenant il s’est considérablement éclairé pour devenir l’un des TDE les plus radiolumineux jamais observés. »

    Sebastian Gomez, boursier postdoctoral au Space Telescope Science Institute et co-auteur du nouvel article, a déclaré qu’AT2018hyz était « banal » en 2018 lorsqu’il l’a étudié pour la première fois à l’aide de télescopes à lumière visible, y compris le télescope de 1,2 m du Fred Lawrence. Observatoire Whipple en Arizona.

    Gomez, qui travaillait à l’époque sur sa thèse de doctorat avec Berger, a utilisé des modèles théoriques pour calculer que l’étoile déchirée par le trou noir ne représentait qu’un dixième de la masse de notre Soleil.

    « Nous avons surveillé AT2018hyz en lumière visible pendant plusieurs mois jusqu’à ce qu’il disparaisse, puis nous l’avons oublié », explique Gomez.

    Les TDE sont bien connus pour émettre de la lumière lorsqu’ils se produisent. Lorsqu’une étoile s’approche d’un trou noir, les forces gravitationnelles commencent à étirer ou spaghettifier l’étoile. Finalement, le matériau allongé tourne autour du trou noir et se réchauffe, créant un flash que les astronomes peuvent repérer à des millions d’années-lumière.

    Certains matériaux spaghettifiés sont parfois renvoyés dans l’espace. Les astronomes comparent cela aux trous noirs qui sont des mangeurs désordonnés – tout ce qu’ils essaient de consommer n’arrive pas dans leur bouche.

    Mais l’émission, connue sous le nom de flux sortant, se développe normalement rapidement après l’apparition d’un TDE, et non des années plus tard. « C’est comme si ce trou noir avait brusquement commencé à expulser un tas de matière de l’étoile qu’il a mangée il y a des années », explique Cendes.

    Dans ce cas, les rots sont retentissants.

    Le flux de matière se déplace aussi vite que 50% de la vitesse de la lumière. À titre de comparaison, la plupart des TDE ont un flux sortant qui se déplace à 10% de la vitesse de la lumière, explique Cendes.

    « C’est la première fois que nous assistons à un délai aussi long entre l’alimentation et la sortie », déclare Berger. « La prochaine étape consiste à déterminer si cela se produit réellement plus régulièrement et nous n’avons tout simplement pas examiné les TDE assez tard dans leur évolution. »

    Les autres co-auteurs de l’étude incluent Kate Alexander et Aprajita Hajela de la Northwestern University ; Ryan Chornock, Raffaella Margutti et Daniel Brethauer de l’Université de Californie, Berkley ; Tanmoy Laskar de l’Université Radboud ; Brian Metzger de l’Université de Columbia ; Michael Bietenholz de l’Université York et Mark Wieringa de l’Australia Telescope National Facility.

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