Un trou noir a déchiré une étoile dans une galaxie lointaine, très lointaine

C’était un événement qui n’avait pas été vu depuis plus d’une décennie : un éclair soudain d’énergie lancé depuis le centre d’une galaxie lointaine, suffisamment brillante pour être visible à 8,5 milliards d’années-lumière. Avec une rafale de lumière équivalente à plus de 1 000 billions de soleils, le flash a été détecté pour la première fois par le Zwicky Transient Facility, une étude de l’ensemble du ciel nocturne menée depuis l’observatoire Palomar en Californie.

“Le jour de la Saint-Valentin cette année, nous avons trouvé une source qui était déroutante. C’était juste bizarre !” Igor Andreoni de l’Université du Maryland, auteur principal de l’un des deux articles sur l’événement, a déclaré Le bord. « Et bizarre est bon en science. Cela signifie que c’est quelque chose dont vous pouvez apprendre.

En quelques jours, les astronomes du monde entier ont tourné leurs télescopes vers le flash, l’observant en rayons X, radio et autres longueurs d’onde. Il était extraordinairement brillant et ressemblait à un sursaut gamma – un type de flash lumineux généralement détecté par les télescopes à rayons gamma ou à rayons X. Mais celui-ci avait été repéré par un télescope optique.

L’énorme luminosité de l’éclair a conduit les astronomes à conclure qu’il devait avoir été causé par la déchirure d’une étoile. Une étoile s’était approchée trop près du trou noir supermassif au cœur d’une galaxie et avait été déchiquetée par les forces gravitationnelles. “Cela peut complètement déchirer l’étoile. Il est littéralement tiré et étiré jusqu’à ce qu’il ne puisse plus tenir ensemble », a expliqué Andreoni. C’est ce qu’on appelle un événement de perturbation des marées, et les astronomes ont repéré des dizaines de ces événements au cours des dernières années.

Ce qui est inhabituel à propos de cet événement particulier, c’est qu’il a créé un énorme jet d’énergie, avec de la matière projetée des pôles du trou noir à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. “Nous ne savons pas pourquoi, mais parfois un jet de matière très puissant est lancé lorsque l’étoile est perturbée”, a déclaré Andreoni. On pense que ce jet a été particulièrement brillant car il est dirigé directement vers la Terre, ce qui le rend à la fois plus brillant et visible sur une partie plus large du spectre électromagnétique.

Pour repérer des événements transitoires dramatiques comme ceux-ci, les astronomes ont besoin de télescopes qui balayent en permanence autant de ciel que possible et qui signalent tout changement soudain de luminosité, comme le Zwicky Transient Facility. Mais il y a des milliers de changements de luminosité observés chaque nuit, donc cette montagne de données doit être affinée pour dénicher les objets les plus intéressants. Le groupe d’Andreoni travaille à passer au crible ces données pour trouver des événements très rapides dans la longueur d’onde optique.

Des changements soudains de luminosité pourraient potentiellement être causés par une supernova ou par la fusion de deux étoiles à neutrons. D’autres observations sont nécessaires pour comprendre l’événement spécifique qui a déclenché le flash. Une supernova, par exemple, s’illumine sur une période de plusieurs semaines, ce qui est extrêmement rapide selon les normes astronomiques. Mais cet événement particulier s’est éclairci encore plus vite que cela, en quelques heures ou quelques jours. Cela en faisait un intérêt immédiat et pressant.

Le groupe a signalé ce flash à la communauté internationale, encourageant les chercheurs qui travaillaient avec des télescopes fonctionnant dans d’autres longueurs d’onde comme la radio ou les rayons X à l’observer également. Au total, 21 télescopes ont fourni des données sur l’événement. “Lorsque toutes les pièces du puzzle ont été acquises et assemblées, cette image est apparue, ce qui était tout simplement étonnant”, a déclaré Andreoni. “Nous ne nous attendions pas à trouver une source aussi rare, et certainement pas dans l’optique.”

Parmi les étoiles déchirées par les trous noirs, seulement 1 % environ semblent produire ces jets puissants, mais les chercheurs ne savent toujours pas exactement pourquoi. Au fur et à mesure que l’étoile est séparée et que sa matière est attirée vers le trou noir, l’énergie de cette matière est convertie en lumière. Il est théorisé que les champs magnétiques et la rotation du trou noir pourraient agir ensemble pour envoyer de la matière jaillir de ses pôles – comme un tube de peinture pressé au milieu jusqu’à ce que la matière s’envole de chaque extrémité.

« Nous parlons de milliers de fois la masse de la Terre qui est séparée, mise en rotation et lancée à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. C’est une opportunité vraiment unique d’étudier quelque chose qui est impossible à reproduire sur Terre », a déclaré Andreoni.

C’était la première fois qu’un tel jet était détecté dans la partie lumière visible du spectre électromagnétique, également connue sous le nom de longueur d’onde optique. Auparavant, les jets autour des trous noirs avaient été détectés en regardant les rayons X, les rayons gamma et les ondes radio.

Cela indique à la fois aux astronomes quelque chose sur l’environnement autour du trou noir – qu’il n’est pas si dense car il laisse passer la lumière optique – et montre que regarder dans la plage optique pourrait être un moyen utile de repérer ces événements extrêmes à l’avenir.

La nécessité pour les télescopes de réagir rapidement à de tels événements crée également une impulsion pour une plus grande flexibilité dans la conception et la planification des télescopes. Les télescopes comme Hubble ou James Webb sont largement sursouscrits, ce qui signifie que beaucoup plus de chercheurs demandent du temps sur le télescope qu’il n’est possible d’en accueillir. C’est pourquoi le temps d’observation est méticuleusement planifié des années à l’avance et chaque dernière minute d’observation est remplie autant que possible. Mais il existe également un besoin de télescopes capables de répondre à des événements rares en quelques heures, voire quelques minutes.

Il est difficile de changer rapidement et en toute sécurité la direction d’un télescope spatial, c’est pourquoi Hubble et le télescope spatial James Webb ne contribuent qu’occasionnellement à ce type de recherche. Mais les télescopes au sol récemment construits, comme le réseau MASTER ou le télescope GROWTH-India, se spécialisent dans le balayage du ciel à la recherche d’événements de rayons gamma et se déplacent immédiatement et de manière autonome pour les observer.

Et il y a toujours l’option d’une intervention humaine. “Parfois, vous devez littéralement appeler les gens et dire:” Hé, pouvez-vous s’il vous plaît pointer le télescope sur ces ou ces coordonnées? “, A déclaré Andreoni. Dans d’autres cas, les chercheurs soumettent des demandes via des systèmes en ligne pour faire des observations pendant les moments disponibles. On s’intéresse de plus en plus à la façon dont les télescopes peuvent réagir à ces événements brefs et rares mais scientifiquement importants.

La coopération internationale entre les chercheurs travaillant avec différents télescopes et la capacité de ces télescopes à réagir rapidement ont été essentielles pour faire cette percée dans l’observation des trous noirs, a déclaré Andreoni. « C’était extrêmement important pour ce genre de découverte. Si nous ne pouvions pas le faire avec n’importe quel télescope, nous n’aurions pas réalisé que nous étions assis sur une si grande découverte.