Un trou noir supermassif observé dévorant une étoile : une découverte fascinante !

À travers le miroir : La découverte d’un trou noir supermassif remet en question les idées reçues sur leur emplacement et montre l’importance d’associer les observations à travers le spectre électromagnétique. Avec l’avènement de nouveaux télescopes comme l’Observatoire Vera C. Rubin et le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, les astronomes s’attendent à explorer davantage ces entités insaisissables.

Des astronomes ont identifié un trou noir supermassif situé en périphérie d’une galaxie, à 600 millions d’années-lumière de la Terre, où il a été observé en train de consommer une étoile voisine.

Cette découverte extraordinaire, marquée par une brillante lueur cosmique, a offert aux scientifiques leur premier aperçu direct d’un trou noir « errant » dévorant une étoile en dehors d’un centre galactique – un phénomène jamais observé auparavant.

L’événement, désigné sous le nom d’AT2024tvd, a été d’abord repéré par le Zwicky Transient Facility au Palomar Observatory de Caltech, qui scrute le ciel boréal tous les deux jours. La lueur était aussi éclatante qu’une supernova, mais son spectre unique, comportant des lignes d’émission larges d’hydrogène, d’hélium, de carbone, d’azote et de silicium, a révélé sa véritable origine : une étoile déchiquetée et dévorée par un trou noir.

Ce processus, connu sous le nom d’événement de disruption des marées (TDE), se produit lorsqu’une étoile s’approche trop près d’un trou noir et est étirée en filaments par sa gravité immense, un phénomène que les scientifiques désignent comme « spaghettification ». Les débris résultants chauffent et brillent dans les lumières ultraviolettes et visibles, créant une explosion de radiation spectaculaire.

Ce qui distingue AT2024tvd de près de 100 autres TDE enregistrés par des études optiques du ciel, c’est son emplacement. Contrairement aux événements précédents, tous originaires des centres galactiques, ce TDE a été trouvé à 2 600 années-lumière du noyau galactique. Là, un trou noir beaucoup plus grand – 100 millions de fois la masse du Soleil – se trouve au centre de la galaxie, consommant activement du gaz et brillant en tant que noyau galactique actif.

Cette illustration en six panneaux de la NASA montre une étoile étant déchirée par un trou noir supermassif errant. Tout d’abord, le trou noir dérive à travers une galaxie, détectable seulement par son influence gravitationnelle. Une étoile voisine est piégée par sa gravité intense, étirée et déchiquetée dans un processus appelé « spaghettification ». Les débris stellaires forment un disque lumineux autour du trou noir, qui commence alors à se nourrir, émettant de l’énergie à travers le spectre électromagnétique – des rayons X aux ondes radio. Vu de loin, la galaxie affiche un éclat soudain de lumière décalé de son centre, où réside un trou noir plus grand.

En comparaison, le trou noir récemment découvert mesure environ un million de fois la masse du Soleil et n’est pas gravitationnellement lié à son voisin plus grand malgré leur proximité. Cette séparation n’est qu’un dixième de la distance entre notre Soleil et le trou noir central de la Voie lactée, rendant la configuration particulièrement inhabituelle.

La détection d’AT2024tvd a été le fruit d’un effort collaboratif impliquant plusieurs observatoires. Après que l’éclat initial a été repéré, les astronomes ont utilisé des données de Pan-STARRS, du Sloan Digital Sky Survey et du DESI Legacy Imaging Survey pour cataloguer la galaxie hôte.

Le télescope X de la NASA, Chandra, a confirmé que les émissions de rayons X étaient décalées par rapport au centre galactique, et le télescope radio Very Large Array a fourni des preuves supplémentaires. En fin de compte, c’est la précision optique et ultraviolette du télescope spatial Hubble qui a pu identifier l’emplacement exact de l’événement et révéler sa teinte bleutée distincte par rapport au reste de la galaxie.

La présence de deux trous noirs supermassifs dans une même galaxie soulève des questions fascinantes sur leurs origines. Une théorie suggère que le trou noir errant a été éjecté du centre galactique par une interaction gravitationnelle impliquant trois trous noirs, le plus léger étant projeté vers l’extérieur.

Une autre possibilité est qu’il soit le vestige d’une petite galaxie ayant fusionné avec la galaxie hôte il y a plus d’un milliard d’années. Bien que les images de Hubble ne montrent aucune preuve directe d’une fusion récente, l’existence d’un second trou noir supermassif suggère fortement qu’un tel événement a eu lieu dans le passé de la galaxie.

« Il existe déjà de bonnes preuves que les fusions de galaxies augmentent les taux de TDE, mais la présence d’un deuxième trou noir dans la galaxie hôte d’AT2024tvd signifie qu’à un moment donné dans le passé de cette galaxie, une fusion doit avoir eu lieu », a expliqué Erica Hammerstein, chercheuse postdoctorale à l’UC Berkeley qui a examiné les données de Hubble.

Le trou noir responsable du TDE est généralement invisible, ne se révélant que tous les dizaines de milliers d’années lorsqu’il perturbe et consomme une étoile. Après un tel sursaut, il retourne à l’état de sommeil, attendant son prochain repas cosmique.

Les théoriciens ont longtemps prédit l’existence de trous noirs massifs éloignés des centres galactiques, mais jusqu’à présent, aucun n’avait été observé en train de se nourrir. « AT2024tvd est le premier TDE décalé capturé par des études optiques du ciel, et il ouvre la possibilité de découvrir cette population insaisissable de trous noirs errants grâce à de futures études du ciel », a déclaré Yuhan Yao, auteur principal de l’étude.