Observation d’une éruption lointaine pendant qu’un trou noir supermassif détruit une étoile
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Pour la première fois, les astronomes ont observé directement la formation et l’expansion d’un jet de matière en mouvement rapide éjecté lorsque la puissante gravité d’un trou noir supermassif déchirait une étoile qui errait trop près du monstre cosmique.
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Les scientifiques ont suivi l’événement avec des télescopes radio et infrarouges, dont le Very Long Baseline Array (VLBA) de la National Science Foundation, dans une paire de galaxies en collision appelées Arp 299 à près de 150 millions d’années-lumière de la Terre. Au coeur de l’une des galaxies, un trou noir, 20 millions de fois plus massives que le Soleil, a déchiqueté une étoile qui fait plus de deux fois la masse du Soleil en déclenchant une série d’événements révélant des détails importants de la rencontre violente.
Sommaire
Les événements de rupture par effet de marée
Jusqu’à présent, on a seulement détecté un petit nombre de ces morts stellaires, qu’on connait comme des Événement de rupture par effet de marée (TDE). Les théoriciens ont suggéré que le matériau, provenant de l’étoile condamnée, forme un disque rotatif autour du trou noir en émettant des rayons X intenses et de la lumière visible et lance également des jets de matière vers les pôles du disque à presque la vitesse de la lumière.
Jamais auparavant nous n’avons été en mesure d’observer directement la formation et l’évolution d’un jet d’un de ces événements selon Miguel Perez-Torres de l’Institut d’Astrophysique d’Andalousie à Grenade, en Espagne. La première indication est venue le 30 janvier 2005 lorsque des astronomes, utilisant le télescope William Herschel dans les îles Canaries, ont découvert une explosion d’émission infrarouge provenant du noyau de l’une des galaxies en collision Arp 299. Le 17 juillet 2005, le VLBA a révélé une nouvelle source distincte d’émission radio provenant de la même zone.
Au fil du temps, le nouvel objet est resté lumineux aux longueurs d’onde infrarouge et radio, mais pas dans la lumière visible et les rayons X selon Seppo Mattila de l’Université de Turku en Finlande. L’explication la plus probable est que le gaz interstellaire épais et la poussière près du centre de la galaxie ont absorbé les rayons X et la lumière visible, puis l’ont émis en infrarouge. Les chercheurs ont utilisé le Nordic Optical Telescope sur les îles Canaries et le télescope spatial Spitzer de la NASA pour suivre l’émission infrarouge de l’objet.
La confirmation d’un jet provenant du trou noir supermassif
Des observations continues avec le VLBA, le réseau européen VLBI (EVN) et d’autres radiotélescopes, menées pendant près d’une décennie, ont montré que la source d’émission radio se développait dans une seule direction. L’expansion mesurée indique que le matériau dans le jet se déplace en moyenne à un quart de la vitesse de la lumière. Heureusement, les ondes radio ne sont pas absorbées dans le noyau de la galaxie ce qui permet de les détecter depuis la Terre.
Ces observations ont utilisé plusieurs antennes radio-télescopes, séparées par des milliers de kilomètres, pour obtenir la résolution nécessaire pour détecter l’expansion d’un objet si éloigné. La plupart des galaxies ont des trous noirs supermassifs, contenant des millions à des milliards de fois la masse du Soleil, dans leurs noyaux.
Dans un trou noir, la masse est tellement concentrée que sa force gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut s’échapper. Quand ces trous noirs supermassifs extraient de la matière de leur environnement, ce matériau forme un disque rotatif autour du trou noir et des jets de particules ultra-rapides sont projetés vers l’extérieur. C’est le phénomène observé dans les radios galaxies et les quasars.
Une découverte accidentelle en observant des supernovas
Mais la plupart du temps, les trous noirs supermassifs ne sont pas actifs selon Perez-Torres. Les perturbations causées par les marées peuvent nous fournir une occasion unique de faire progresser notre compréhension de la formation et de l’évolution des jets dans les environs de ces objets puissants.
En raison de la poussière qui a absorbé toute la lumière visible, cet événement particulier de perturbation des marées peut être juste la pointe de l’iceberg de ce qui pourrait être une population cachée selon Mattila. En cherchant ces événements avec des télescopes infrarouges et radios, nous pourrions en découvrir beaucoup plus et améliorer notre compréhension.
De tels événements ont peut-être été plus fréquents dans l’Univers lointain, de sorte que leur étude peut aider les scientifiques à comprendre l’environnement dans lequel les galaxies se sont développées il y a des milliards d’années. La découverte a été une surprise. La première explosion infrarouge a été découverte dans le cadre d’un projet visant à détecter des explosions de supernovae dans de telles paires de galaxies en collision.
Arp 299 a subi de nombreuses explosions stellaires et elle a été surnommée comme une usine de supernova. Ce nouvel objet était à l’origine considéré comme une explosion de supernova. Mais en 2011, 6 ans après la découverte, la partie émettrice en radio a commencé à montrer un allongement. La surveillance subséquente a montré une expansion croissante en confirmant que c’est un jet et non une supernova.
