Le beignet qui était une star

La mort d’une étoile est l’un des événements naturels les plus dramatiques de l’Univers. Certaines étoiles meurent dans des explosions spectaculaires de supernova, laissant derrière elles des nébuleuses comme des vestiges scintillants de leur ancienne splendeur. Certains se fanent simplement à mesure que leur hydrogène s’épuise, se transformant en une géante rouge.

Mais d’autres sont consommés par des trous noirs géants, et à mesure qu’ils sont détruits, la puissante gravité du trou noir déchire l’étoile et attire son gaz dans un anneau en forme de beignet autour du trou noir.

C’est ce qui s’est passé à environ 300 millions d’années-lumière dans la galaxie ESO 583-G004 lorsqu’une étoile s’est trop rapprochée du trou noir supermassif (SMBH) de la galaxie. L’interaction entre le SMBH et l’étoile s’appelle un événement de perturbation des marées (TDE) , et le All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) l’a repéré le 1er mars 2022.

Les astronomes ont dirigé le télescope spatial Hubble pour observer le TDE, mais il a eu du mal à regarder l’événement se dérouler à une si grande distance et n’a pu capturer aucune image. Une équipe d’astronomes n’a cependant pas abandonné. Ils ont examiné la lumière UV de l’étoile détruite et ont dévoilé les détails de l’événement. Ils ont présenté leurs découvertes lors de la 241e réunion de l’American Astronomical Society.

Le TDE s’appelle AT2022dsb, et c’est l’un des quelque cent TDE que les astronomes ont trouvés. Les astronomes pensent que dans une galaxie de la taille de la Voie Lactée, il y a un TDE environ une fois tous les 10 000 à 100 000 ans. Ce sont des événements importants car il existe de grandes lacunes dans notre compréhension des trous noirs et de leurs environnements extrêmes. Regarder une étoile être détruite par un trou noir est l’un de nos seuls aperçus de ces objets déroutants.

Dans ce cas, les puissantes capacités d’observation UV de Hubble sont entrées en jeu. Les observations UV des TDE sont rares et sont hautement souhaitables selon l’un des astronomes impliqués dans cette recherche. “Cependant, il y a encore très peu d’événements de marée qui sont observés en lumière ultraviolette compte tenu du temps d’observation. C’est vraiment malheureux car il y a beaucoup d’informations que vous pouvez obtenir à partir des spectres ultraviolets », explique Emily Engelthaler, stagiaire au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) à Cambridge, Massachusetts. « Nous sommes ravis parce que nous pouvons obtenir ces détails sur ce que font les débris. L’événement de marée peut nous en dire beaucoup sur un trou noir.

Ce TDE était suffisamment proche et suffisamment lumineux pour permettre une spectrométrie UV détaillée de l’événement, inhabituel pour les événements qui sont généralement difficiles à observer. Les astronomes ont pu recueillir des données spectrométriques pendant une période de temps plus longue que la normale. La spectrométrie a révélé la présence d’hydrogène, de carbone et plus encore dans le gaz de l’ancienne étoile.

« Généralement, ces événements sont difficiles à observer. Vous obtenez peut-être quelques observations au début de la perturbation quand c’est vraiment brillant. Notre programme est différent en ce sens qu’il est conçu pour examiner quelques événements de marée sur une année pour voir ce qui se passe », explique Peter Maksym du CfA. «Nous avons vu cela assez tôt pour pouvoir l’observer à ces stades d’accrétion de trous noirs très intenses. Nous avons vu le taux d’accrétion chuter au fur et à mesure qu’il se transformait en goutte à goutte avec le temps.

Il y a une certaine interprétation impliquée dans la compréhension de ce que signifie la lumière de ce TDE. Les chercheurs pensent qu’ils regardent un beignet ou un anneau de gaz en forme de tore qui était autrefois l’étoile. L’anneau a à peu près la même taille que notre système solaire et il tourbillonne autour d’un trou noir au centre.

«Nous cherchons quelque part sur le bord de ce beignet. Nous voyons un vent stellaire du trou noir balayer la surface qui est projeté vers nous à des vitesses de 20 millions de miles par heure (trois pour cent de la vitesse de la lumière) », explique Maksym. «Nous sommes vraiment encore en train de nous faire une idée de l’événement. Vous déchiquetez l’étoile et ensuite il y a ce matériau qui se fraie un chemin dans le trou noir. Et donc vous avez des modèles où vous pensez savoir ce qui se passe, et puis vous avez ce que vous voyez réellement. C’est un endroit passionnant pour les scientifiques : juste à l’interface du connu et de l’inconnu.

L’impression de cet artiste illustre à quoi cela pourrait ressembler lorsqu’une étoile s’approche trop près d’un trou noir, où l’étoile est pressée par l’attraction gravitationnelle intense du trou noir. Une partie du matériau de l’étoile est aspirée et tourbillonne autour du trou noir formant le disque que l’on peut voir sur cette image. Dans de rares cas, comme celui-ci, des jets de matière et de rayonnement sont projetés depuis les pôles du trou noir. Dans le cas de l’événement AT2022cmc, la preuve des jets a été détectée par divers télescopes, y compris le VLT, qui a déterminé qu’il s’agissait de l’exemple le plus éloigné d’un tel événement. Crédit d’image : ESO/M.Kornmesser

Dans l’imaginaire populaire, les trous noirs sont de voraces dévoreurs d’étoiles et d’autres matières. Rien, pas même la lumière, ne peut leur échapper. Les trous noirs les plus puissants sont les mastodontes qui se cachent au centre des galaxies comme la nôtre : les trous noirs supermassifs (SMBH,) et comme le montre ce travail, ils peuvent consommer des étoiles entières.

C’est vrai, mais les SMBH font plus que consommer de la matière. Ils brillent également dans les rayons X, les UV et la lumière optique, et peuvent parfois émettre des jets énergétiques dans leur galaxie dans le cadre d’un processus mal compris appelé rétroaction du trou noir. Cela fait partie de la façon dont les SMBH et les galaxies sont inextricablement liées. D’une certaine manière, leur croissance et leur évolution sont liées, mais il reste de nombreuses questions sans réponse.

Cette image composite montre l'amas de galaxies Hercules A. Elle met en évidence l'interaction complexe entre la galaxie centrale, les jets radio de son trou noir supermassif et le milieu intraamas lumineux aux rayons X.  Cette rétroaction du trou noir est importante dans l'évolution des galaxies, mais de nombreuses questions restent sans réponse.  Crédit d'image : Rayons X : NASA/CXC/SAO, Optique : NASA/STScI, Radio : NSF/NRAO/VLA)
Cette image composite montre l’amas de galaxies Hercules A. Elle met en évidence l’interaction complexe entre la galaxie centrale, les jets radio de son trou noir supermassif et le milieu intraamas lumineux aux rayons X. Cette rétroaction du trou noir est importante dans l’évolution des galaxies, mais de nombreuses questions restent sans réponse. Crédit d’image : Rayons X : NASA/CXC/SAO, Optique : NASA/STScI, Radio : NSF/NRAO/VLA)

C’est ce qui rend les TDE si importants. L’une des seules opportunités pour les astrophysiciens d’étudier un SMBH est lorsqu’une étoile se rapproche trop. L’énergie libérée par l’événement ouvre une fenêtre sur la physique des trous noirs.

Les TDE étaient pour la plupart théoriques jusqu’à ces dernières années. Ils font maintenant l’objet d’intenses observations. Les TDE permettent aux astrophysiciens de regarder les SMBH produire des vents et allumer et éteindre les jets lorsqu’ils consomment une étoile. Et dans un avenir proche, nous devrions en trouver d’autres.

Les noms d’événements de marée commencent généralement par les lettres AT, ce qui signifie transitoire astrophysique. Les transitoires sont des objets qui changent rapidement d’une manière ou d’une autre au fil du temps. Ils clignotent ou s’embrasent, ou ils se déplacent dans l’espace en peu de temps. Certains TDE, comme celui de cette recherche, sont trouvés par des enquêtes sur les supernovae, et les supernovae ne sont qu’un type de transitoire.

Notre capacité à détecter les transitoires va faire un énorme bond en avant à partir de 2023 lorsque le Observatoire Vera Rubin voit la première lumière. Il examinera l’ensemble du ciel disponible chaque semaine et détectera un grand nombre de transitoires, y compris les TDE. Et les télescopes à venir comme le télescope géant de Magellan et le télescope européen extrêmement grand seront alertés de ces événements et pourront les observer rapidement.

Nous avons beaucoup de questions sans réponse concernant les trous noirs supermassifs. Nous voulons en savoir plus sur la façon dont leur croissance et leur évolution sont liées à la galaxie qui les héberge. Nous voulons en savoir plus sur la rétroaction des trous noirs. Nous voulons tout savoir sur ces objets étranges où la physique s’effondre.

Nous ne pouvons trouver des réponses qu’en observant un TDE à la fois.

Suite:

Leave a Comment