Sciences

On a vu la naissance du disque d'accrétion d'un trou noir galactique

ActualitéClassé sous :trou noir , relativité générale , trou noir supermassif

Les trous noirs supermassifs croissent de pair avec les galaxies qui les abritent. Quand ils absorbent de la matière, un disque d'accrétion se forme autour d'eux. C'est ce qui vient d'être observé pour la première fois à l'occasion de la destruction d'une étoile par un de ces géants.

Une vue d'artiste de la destruction d'une étoile par un trou noir. Le plasma de l'étoile (rouge) est étiré par les forces de marée du trou noir et il finit par former un disque d'accrétion chauffé et émettant dans le domaine des rayons X (bleu). On peut alors observer une courbe de luminosité (brightness) caractéristique de ce phénomène et qui dépend de la longueur d'onde (wavelength) des rayons X émis. © Nasa, CXC, M. Weiss

En mars 1982, Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter expliquaient dans le journal Nature qu'une étoile pénétrant dans la zone définie par le rayon de marée d'un trou noir supermassif devait d'abord être aplatie comme une crêpe par les forces de marée. Dans un second temps, expliquaient-ils, des réactions thermonucléaires devaient se produire au sein de l'étoile, conduisant à des détonations capables de la disloquer. En pratique, le phénomène devait se signaler d'abord par l'apparition d'une supernova puis par l'émission de rayons X par le gaz de l'étoile formant un disque d'accrétion autour du trou noir avant que celui-ci ne l'avale en partie.

Or, le 22 novembre 2014, les télescopes automatisés observant sur le Haleakalā, un volcan sur l'île de Maui (Hawaï), dans le cadre du programme All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), ont débusqué une étrange source lumineuse transitoire dans le visible. Baptisée ASASSN-14li, elle a rapidement été observée de plus près dans le domaine des rayons X par un trio de télescopes spatiaux bien connus, Chandra et Swift de la Nasa, et XMM-Newton de l'Esa. Les analyses ont montré qu'il s'agissait précisément de la destruction d'une étoile par les forces de marée d'un trou noir supermassif dont elle s'est approchée de trop près. L'événement s'est produit dans la galaxie PGC 043234 située à environ 290 millions d'années-lumière de la Voie lactée, en direction de la constellation de la Chevelure de Bérénice.

Présenté par Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, Du Big bang au vivant est un projet TV-Web-cinéma qui couvre les plus récentes découvertes dans le domaine de la cosmologie. © Dubigbangauvivant, YouTube

Une clé pour comprendre la croissance des trous noirs supermassifs

Ce n'est pas la première fois que les astronomes observent la destruction d'une étoile par les forces de marée d'un trou noir supermassif. Celui au cœur de PGC 043234 n'est lui-même aucunement remarquable puisqu'il ne contient qu'un million de masses solaires environ et qu'il n'est pas classé comme un noyau actif de galaxies. Ce n'est donc pas un quasar. Mais, comme l'expliquent les astrophysiciens dans un article déposé sur arxiv, l'événement est remarquable à plus d'un titre.

Tout d'abord, c'est le plus proche observé de ce type depuis une dizaine d'années. Ce qui veut dire qu'il est plus facile d'y glaner des informations nouvelles sur la physique et l'astrophysique des trous noirs supermassifs. Et nous savons encore peu de choses sur ces trous noirs alors que les futurs programmes de recherches, comme eLisa et le Event Horizon Telescope, sont encore loin d'être opérationnels.

Enfin et surtout, ASASSN-14li représente la destruction d'une étoile accompagnée de la formation d'un disque d'accrétion autour du trou noir supermassif. Jusqu'à présent, les observations de ce genre n'avaient montré que des disques qui existaient déjà. Ici, les télescopes observent le disque d'accrétion en pleine formation.

Le spectromètre à haute résolution de XMM-Newton a d'ailleurs permis de mesurer la vitesse du gaz dans le disque d'accrétion et, pour la première fois, sa densité et son degré d'ionisation. On a également montré la présence du gaz au-delà du disque, constitué soit de matière éjectée par le disque par la pression de son rayonnement, soit de matière en cours d'accrétion en direction du trou noir.

Comprendre la formation d'un disque d'accrétion autour d'un trou noir supermassif est bien sûr intrinsèquement intéressant. Cela devrait également aider à mieux comprendre comment croissent ces trous noirs.