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On a observé l'agonie d'une étoile dévorée par un trou noir supermassif

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Ce n'est pas la première fois que l'on voit une étoile dévorée par un trou noir supermassif mais c'est probablement l'une des observations les plus détaillées. Non seulement on a identifié la victime mais le crime a été vu du début jusqu'à la fin, aussi bien dans le visible que dans le domaine des ultraviolets.

Un extrait de la simulation de la destruction de la géante rouge par les forces de marée du trou noir supermassif. Le trou noir est le point noir en haut à gauche entouré de gaz tourbillonnant. © Nasa, S. Gezari (The Johns Hopkins University), et J. Guillochon (University of California, Santa Cruz

On a de bonnes raisons de croire que notre trou noir galactique supermassif, observé sous la forme de la source intense d'ondes radio Sagittarius A*, dévore tous les jours des astéroïdes. On sait aussi qu'un nuage de gaz est en train de foncer en direction de son horizon des événements, ce qui passionnera certainement les lauréats du prix Crafoord 2012 dans les années à venir. Mais l'on estime qu'il faut attendre cent mille ans en moyenne pour qu'une étoile passe si près de notre trou noir central que, sous l'effet des forces de marée, elle soit détruite. Une partie de sa matière tombe alors dans ce maelström galactique, l'autre étant éjectée à grandes vitesses.

Un événement de ce genre a été observé récemment dans une galaxie située dans la constellation du Dragon. Il semble bel et bien qu'il soit une illustration du scénario des crêpes stellaires étudié pour la première fois il y a une trentaine d'années par Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter.

Bien que spectaculaires, ces meurtres cosmiques, qui peuvent se voir à des milliards d'années-lumière tant ils sont lumineux, sont rares. Pour mieux les comprendre, il faut donc observer patiemment un large échantillon de galaxies pour avoir une chance d'en surprendre un et d'en étudier tout le déroulement au cours d'une année. C'est ce qu'a fait un groupe d'astronomes en utilisant les télescopes équipant Galex et Pan-Starrs pour observer des centaines de milliers de galaxies.

Sur ces images prises à un an d'intervalle par Galex et Pan-Starrs, respectivement dans l'ultraviolet et le visible, on voit clairement le flash causé par le trou noir supermassif dévorant une étoile. © Nasa/JPL-Caltech/JHU/STScI/Harvard-Smithsonian CfA

Ils viennent donc de publier dans Nature le résultat de leur campagne d'observation conduite dans le visible avec le télescope du Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, au sommet du Haleakala à Hawaï, et dans l'ultraviolet grâce aux instruments du Galaxy Evolution Explorer, le télescope en orbite de la Nasa. Leur objet d'étude principal se trouvait au cœur d'une galaxie située à 2,7 milliards d'années-lumière de la Terre.

Selon les chercheurs, ce qu'ils ont observé est la preuve la plus directe et la plus claire que des trous noirs supermassifs peuvent détruire des étoiles s'approchant trop près de leur horizon des événements. Dans le cas étudié, l'événement transitoire surpris par les astrophysiciens de son début jusqu'à la fin (ce qui n'est pas chose facile) avait une courbe de luminosité rappelant celle des supernovae. Mais son étalement dans le temps indiquait soit qu'on était en présence d'un type inconnu d'une telle explosion d'étoile, soit qu'il s'agissait de son agonie sous l'effet des forces de marée d'un trou noir supermassif.

Un cœur d'étoile en hélium disloqué par des forces de marée

Ainsi, le pic de luminosité dans le domaine de l'ultraviolet a été atteint environ un mois après le début de l'augmentation de luminosité de la galaxie observée, un délai anormalement long pour une supernova standard. La luminosité a ensuite baissé pendant douze mois. La signature spectrale observée a été celle de l'hélium avec peu d'hydrogène. L'ensemble des caractéristiques de l'événement a fini par convaincre les astrophysiciens qu'ils n'étaient effectivement pas en présence d'une supernova classique, mais d'un autre exemple du scénario étudié en 1982 par Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter.


Les trous noirs sont parmi les objets les plus opaques de l'univers. Heureusement, ils sont en revanche parmi les plus attractifs, et c'est par leur pouvoir d'attraction démesuré que nous pouvons les détecter. Les trous noirs géants sont les ogres les plus monstrueux du zoo cosmique, mais ils ne sont pas des armes de destruction massive. Les jets de matière qu'ils éjectent auraient contribué à allumer les premières étoiles et à former les premières galaxies. © Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com/Youtube

Le scénario qui correspond le mieux aux observations a été reconstitué en partie à l'aide d'une simulation. Tout commence avec une géante rouge dont les couches supérieures riches en hydrogène sont dilatées. Placée à un moment de son histoire sur une orbite très elliptique autour du trou noir central de sa galaxie hôte à la façon des comètes de longue période dans notre Système solaire, la géante s'est approchée une première fois de l'ogre galactique. Les forces de marée de celui-ci ont alors dépouillé sa victime de son enveloppe d'hydrogène pour ne plus laisser apparaître que son cœur riche en hélium.

C'est lors d'un second passage que le meurtre de l'étoile a été commis. Comme le montre la simulation, une partie de la matière de l'étoile a été capturée alors que l'autre a été éjectée à très grandes vitesses. Des caractéristiques de la courbe de luminosité et du spectre du gaz chaud accompagnant l'événement, les astronomes en ont conclu que le trou noir supermassif central devait contenir environ 2 millions de masses solaires.

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