Sur cette vue d’artiste figure une étoile de type Soleil à proximité d’un trou noir supermassif doté d’une rotation rapide. Ce dernier, situé au centre d’une galaxie lointaine, est caractérisé par une masse voisine de 100 millions de fois celle de notre étoile. Sa masse imposante dévie la lumière en provenance des étoiles et du gaz situés en arrière-plan. Bien que sa masse soit infiniment supérieure à celle de l’étoile, son horizon cosmique couvre une superficie équivalant à seulement 200 fois la surface de l’étoile. La forme oblongue de cet horizon résulte du mouvement de rotation rapide qui anime le trou noir supermassif. L’attraction gravitationnelle qu’exerce celui-ci se traduit par la dislocation de l’étoile. Ce phénomène baptisé perturbation de marée s’accompagne de la transformation de l’étoile en spaghetti, de collisions entre débris ainsi que de libération de chaleur lors de l’accrétion, ce qui conduit à un sursaut de lumière. © ESO, ESA, Hubble, M. Kornmesser

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La supernova la plus brillante cachait une étoile avalée par un trou noir

ActualitéClassé sous :Astronomie , Supernova , All Sky Automated Survey for Supernovae

Par Laurent Sacco, Futura

Observée le 14 juin 2015, la source lumineuse ASASSN-15lh prétendait battre tous les records pour une supernova. Il semble plus probable maintenant qu'elle fut le produit d'un événement plus exotique : une petite étoile détruite par les forces de marée d'un trou noir supermassif d'au moins 100 millions de masses solaires.

En 2015, les chercheurs avaient été témoin de l'apparition d'une source transitoire 20 fois plus lumineuse que la Voie lactée dans une galaxie éloignée de 3,8 milliards d'années-lumière. Baptisée ASASSN-15lh, elle avait été interprétée comme la manifestation de l'explosion d'une étoile particulièrement massive, une supernova donc. Mais elle apparaissait comme vraiment hors-norme car sa luminosité était temporairement 200 fois supérieure à celle d'une supernova classique et deux fois plus importante que la plus brillante des supernovae découverte à ce jour. Un article déposé sur arXiv par une équipe internationale d'astronomes ayant utilisé notamment des instruments de l'ESO revient sur l'interprétation de cet événement spectaculaire qui avait été observé dans le cadre du sondage automatisé du ciel en quête de supernovae (ASAS-SN).

Certains chercheurs avaient donc proposé que l'on soit en présence non pas d'une simple explosion d'étoile mais de l'activité d'un trou noir supermassif accrétant brusquement de la matière. Comme l'ont montré Jean-Pierre Luminet et d'autres astrophysiciens depuis quelques décennies, un tel objet compact de plusieurs millions à plusieurs milliards de masses solaires peut en effet produire des événements particulièrement énergétiques quand une étoile s'approche trop près de ces ogres cosmiques et qu'elle se fait démanteler par les forces de marée.

Cette animation détaille le probable scénario de l’événement noté ASASSN-15lh. Une étoile de type solaire a pénétré au sein de la sphère d’influence d’un trou noir supermassif en rotation rapide situé au centre d’une galaxie distante. À mesure que son orbite l’a rapprochée du trou noir, l’étoile s’est changée en "spaghetti", générant un disque d’accrétion autour du trou noir supermassif. Lorsqu’elle se trouva totalement disloquée à proximité de l’horizon des événements, elle produisit un éclair lumineux, semblable à une explosion en supernova super lumineuse. © ESO, ESA, Hubble, M. Kornmesser

Que s'est-il passé exactement ?

En observant pendant 10 mois l'évolution de la luminosité de ASASSN-15lh, les astrophysiciens menés par Giorgos Leloudas de l'Institut Weizmann des Sciences en Israël et du Centre de cosmologie noire du Danemark, sont arrivés à la conclusion que vraisemblablement tel devait bien être le cas. On aurait en réalité assisté à la dislocation d'une étoile de faible masse par un trou noir de Kerr en rotation rapide. Cette condition est essentielle pour les chercheurs car un trou noir de Schwarzschild sans rotation ne permet pas de rendre compte de quantité d'énergie libérée.

Plusieurs éléments plaident en faveur de ce scénario. Il y a d'abord le fait que ASASSN-15lh ne s'est pas produit dans une galaxie naine de couleur bleue où se produisent des flambées de nouvelles étoiles particulièrement massives. Au contraire, la catastrophe cosmique s'est produite dans une grande galaxie rouge avec un faible taux de production de jeunes étoiles. Les astrophysiciens ont également détecté un pic de luminosité dans l'ultraviolet ainsi qu'une augmentation de la température qui ne cadrent pas avec le modèle d'une supernova.

Les chercheurs concèdent cependant que si les données collectées s'accordent bien avec le modèle de dislocation d'une petite étoile par un trou noir supermassif de Kerr, du genre de ceux qui peuvent donner lieu au phénomène des quasars, ils ne peuvent exclure que ASASSN-15lh ait effectivement été une supernova particulièrement lumineuse.

Pour en savoir plus

La supernova la plus brillante jamais observée

Article de Laurent Sacco publié le 17/01/2016

Les astrophysiciens sont perplexes en ce qui concerne un évènement survenu sur la voûte céleste en juin 2015. Appelé ASAS-SN-15lh, il semble correspondre à un type exotique de supernova lié aux magnétars, des étoiles à neutrons fortement magnétisées. Dans le cadre des supernovae superlumineuses, il bat toutefois un record car, à son maximum, la luminosité a dépassé 50 fois celle de la Voie lactée.

Les supernovae sont rares dans une galaxie à l'échelle de temps humaine. Mais il suffit de surveiller un grand nombre d'univers-îles, comme les appelait il y a plus de deux siècles le philosophe Emmanuel Kant, pour découvrir chaque année ces explosions d'étoiles dont la luminosité peut égaler celle de la Voie lactée tout entière pendant une courte période de temps.

Comme c'est le cas pour les objets spécifiques à toute science, les astrophysiciens ont classifié ces supernovae. Il en existe, en somme, deux types : SN I et SN II. Mais des subdivisions basées sur leur courbe de luminosité et leur spectre, révélant la présence ou l'absence de certains éléments chimiques, ont été établies. Des types exotiques ont également été découverts ou considérés par les théoriciens. On peut citer le cas des supernovae associées aux magnétars, des étoiles à neutrons possédant un champ magnétique particulièrement fort, ou encore les Pair Instability Supernovae (PISNe) qui créent de l'antimatière.

Extrait du documentaire Du Big Bang au vivant, associé au site du même nom, un projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine. Jean-Pierre Luminet parle de la mort des étoiles massives, leur explosion en supernova et la formation de pulsars. © ECP Productions, YouTube

Quand ils ont découvert le 14 juin 2015, et ensuite étudié au moyen de plusieurs télescopes comme ceux du All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN), la supernova baptisée ASAS-SN-15lh, les astronomes ont vu leur perplexité et leur excitation augmenter. Et il y avait de quoi, car l'événement qui s'est produit dans une galaxie éloignée de 3,8 milliards d'années-lumière nous est apparu à ce moment-là comme 200 fois plus brillant qu'une supernova classique soit 570 milliards de fois plus lumineuse que le Soleil. Il s'agissait même d'un record pour tous les types de supernovae connues, notamment dans le cadre des supernovae dites superlumineuses (SLSN).

Les courbes de lumière de ASASSN-15lh et d’autres supernovae plus classiques sont représentées sur ce schéma. À son maximum, ASASSN-15lh était environ 200 fois plus lumineuse qu’une supernova de type I, et plus de deux fois plus brillante que la détentrice du record précédent, iPTF13ajg. © ASAS-SN team

Un magnétar milliseconde ou un trou noir supermassif ?

Son spectre pauvre en hydrogène a intrigué les chercheurs et au fond, quand ils considèrent toutes les mesures dont ils disposent, ils ne sont pas certains d'être vraiment en présence d'une supernova, même exotique, tant le cas est atypique. L'hypothèse la plus probable, mais ce n'est pas sans poser des problèmes, est qu'il s'agissait de la formation d'un magnétar, une étoile à neutrons possédant un champ magnétique extrême comme l'expliquent les astrophysiciens dans un article accessible sur arXiv. Mais dans le cas présent, on serait à la limite de ce qui est théoriquement possible, c'est-à-dire un magnétar milliseconde qui, comme son nom l'indique, tourne sur lui-même mille fois par seconde. Toute son énergie de rotation aurait été convertie en rayonnement.

Les chercheurs ont quelques doutes à ce sujet, car les supernovae superlumineuses connues ont jusqu'à présent été observées dans des galaxies nettement moins lumineuses que la Voie lactée, contrairement au cas de ASAS-SN-15lh. Pour en avoir le cœur net, il est prévu cette année de faire intervenir le télescope spatial Hubble afin d'étudier de plus près la galaxie où s'est produit l'événement. S'il apparaît situé au cœur d'une grande galaxie, on pourra envisager que l'on ait en réalité observé un soubresaut de l'activité d'un trou noir supermassif.

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