Cette illustration montre une étoile (au premier plan) en train de se « spaghettiser » alors qu'elle est aspirée par un trou noir supermassif (en arrière-plan) lors d'un « événement de rupture par effet de marée ». © ESO, M. Kornmesser
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Des détails sans précédent de la « spaghettification » d’une étoile déchiquetée par un trou noir !

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L'étude des trous noirs supermassifs et comment la matière se comporte dans les environnements de gravité extrême qui les entourent fait une avancée significative avec l'observation des derniers instants d'une étoile avalée par un trou noir. Une découverte qui pourrait même servir de « pierre de Rosette » pour interpréter les observations futures des événements de perturbation par effet de marée.

Les trous noirs sont, dans l'imaginaire collectif, des objets qui aspirent et avalent tout ce qui se trouve à proximité, même la lumière qui ne peut s'en échapper. D'où leur nom. C'est exactement ce qu'a pu observer une équipe d'astronomes. L'année dernière, elle a pointé le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO et le New Technology Telescope (NTT) de l'ESO sur un nouveau flash de lumière qui s'est produit près d'un trou noir supermassif, pour étudier en détail ce qui se passe lorsqu'une étoile est dévorée par un tel monstre.

« L'idée d'un trou noir "aspirant" une étoile proche ressemble à de la science-fiction. Mais c'est exactement ce qui se produit lors d'un événement de rupture par effet de marée », déclare Matt Nicholl, maître de conférences et chercheur de la Royal Astronomical Society à l'université de Birmingham, au Royaume-Uni, et auteur principal de l'étude qui rapporte la découverte de ce rare jet de lumière provenant d'une étoile déchirée par un trou noir supermassif (AT2019qiz). Ce phénomène, connu sous le nom de perturbation par effet de marée, est l'éruption la plus proche de ce type enregistrée à ce jour à un peu plus de 215 millions d'années-lumière de la Terre.

Les astronomes ont observé la « spaghettification » d'une étoile.

De la théorie aux observations pratiques

En termes plus simples, les astronomes ont observé les derniers instants d'une étoile aspirée par un trou noir supermassif. L'étoile a subi ce que les astronomes appellent la « spaghettification » lorsqu'elle est aspirée par un trou noir. Ces événements sont rares et difficiles à étudier car le jet de lumière provenant de l'étoile aspirée est souvent obscurci par un rideau de poussières et de débris.

Cette fois-ci, les astronomes ont bénéficié de conditions d'observations favorables. La découverte a été possible parce que l'événement de rupture par effet de marée étudié par l'équipe, AT2019qiz, a été découvert peu de temps après que l'étoile a été mise en pièces. « C'est parce que nous l'avons détecté tôt, que nous avons pu voir le rideau de poussières et de débris se lever lorsque le trou noir a éjecté cette puissante gerbe de matière à des vitesses pouvant atteindre 10.000 km/s », explique Kate Alexander, boursière Einstein de la Nasa à l'université Northwestern aux États-Unis. « Cet exceptionnel "coup d'œil derrière le rideau" nous a fourni la première occasion de déterminer l'origine de la matière obscurcissante et de suivre en temps réel comment elle enveloppe le trou noir. »

Ces observations confortent les théories les plus couramment admises. « Lorsqu'une étoile malchanceuse s'approche trop près d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie, l'attraction gravitationnelle extrême du trou noir déchiquette l'étoile en minces flots de matière », explique  un autre auteur de l'étude Thomas Wevers, un boursier de l'ESO à Santiago du Chili, qui se trouvait à l'Institut d'astronomie de l'université de Cambridge, au Royaume-Uni, quand il a mené les travaux. Lorsque de minces brins de matière stellaire tombent dans le trou noir au cours de ce processus de spaghettification, une éruption brillante d'énergie est libérée, et les astronomes peuvent la détecter.

L'équipe a effectué des observations d'AT2019qiz, située dans une galaxie spirale de la constellation d'Eridan, sur une période de six mois, alors que sa luminosité augmentait puis s'éteignait. « Plusieurs programmes de sondage du ciel ont détecté l'émission provoquée par ce nouveau phénomène de perturbation par effet de marée très rapidement après que l'étoile a été déchirée », explique Thomas Wevers. Nous avons immédiatement pointé une série de télescopes terrestres et spatiaux dans cette direction pour voir comment la lumière était produite ».

« Les observations ont montré que l'étoile avait à peu près la même masse que notre propre Soleil, et qu'elle en a perdu environ la moitié au profit du monstre qu'est le trou noir, qui est plus d'un million de fois plus massif », explique Matt Nicholl, également chercheur invité à l'université d'Édimbourg.

En conclusion, expliquent les auteurs de cette découverte, ces travaux « nous aide à mieux comprendre les trous noirs supermassifs et comment la matière se comporte dans les environnements de gravité extrême qui les entourent ». Selon l'équipe, AT2019qiz pourrait même servir de « pierre de Rosette » pour interpréter les observations futures des événements de perturbation par effet de marée. L'ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, dont l'entrée en service est prévue pour cette décennie est un observatoire terrestre de 39 mètres de diamètre qui permettra aux chercheurs de détecter des événements de perturbation par effets de marée de plus en plus faibles et évoluant plus rapidement, afin de résoudre d'autres mystères de la physique des trous noirs. À suivre donc...

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