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Un trou noir supermassif engloutit une étoile en direct

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Une équipe internationale a observé une étoile comparable au Soleil en train d'être déchiquetée et engloutie par un trou noir supermassif tapi au sein d'une galaxie relativement proche. Les chercheurs ont eu la chance, pour la première fois, d'obtenir un portrait multi-longueurs d'onde d'un semblable événement et ont pu observer les jets de plasma formés lorsque l'étoile s'est brisée.

Illustration d’un trou noir supermassif en train d’engloutir une étoile démembrée par les puissantes forces de marée. Les chercheurs ont pu détecter dans le domaine radio la formation d’un jet de plasma perpendiculairement au disque d’accrétion. © Nasa, Goddard Space Flight Center, Swift

Observer un trou noir supermassif en train d'engloutir une étoile est rarissime. En effet, les astrophysiciens qui recherchent activement ce phénomène afin de mieux comprendre les différentes étapes du processus de démembrement d'une étoile par les forces de marée et de ce qui s'ensuit ne furent témoins que de seulement une vingtaine d'événements de ce type. Étant tous très distants (au moins un milliard d'années-lumière), leur étude n'en demeurait pas moins difficile. Nous avons bien un trou noir de cette catégorie beaucoup plus proche de nous, Sagittarius A* (environ 4 millions de masses solaires), tapi au centre de notre galaxie, mais il est d'humeur assez calme, se contentant çà et là de quelques encas d'astéroïdes ou de nuages de gaz. Aussi va-t-il encore falloir attendre un peu avant qu'il ne passe à table...

Voici un an, la chance a toutefois souri à des chercheurs lorsqu'ils découvrirent un candidat au centre d'une galaxie située à seulement 300 millions d'années-lumière de la Terre, soit trois fois plus près que les autres. Avec une masse estimée à un million de fois celle du Soleil, il fait certes pâle figure à côté des super poids lourds connus (certains affichent plus de 10 milliards de masses solaires voire 17 milliards !), mais cela n'a rien enlevé de son attrait, si l'on peut dire, étant donné ce qu'il s'y est produit.

À gauche, illustration d’une étoile spiralant vers un trou noir supermassif. Les forces de marée de ce dernier l’étirent jusqu’à l’effilocher et l’enrouler autour de l’horizon des événements. À droite, un jet de plasma se forme à partir d’une partie des débris de l’astre. © Amadeo Bachar, ICRAR

Les jets de plasma observés pour la première fois

L'équipe internationale conduite par le jeune astrophysicien Sjoert van Velzen fut très heureuse de suivre durant plusieurs mois le comportement d'un trou noir supermassif, aussi petit soit-il, en train de tirer sur une étoile d'une masse comparable à notre Soleil et de l'aspirer. Surtout, pour eux, ce fut une occasion unique de voir les jets de plasma qui se forment après que l'étoile est démembrée par les forces de marée comme cela est prédit.

« Ces événements sont extrêmement rares, a commenté l'auteur principal de l'article qui décrit les phénomènes observés dans ScienceC'est la première fois que nous voyons tout de la destruction stellaire suivie du lancement d'une éjection conique, aussi appelée jets ». Les autres fois, indique le professeur à l'université Johns Hopkins, « nous sommes arrivés à la fin de la partie ».

La première manifestation de ce trou noir fut détectée en décembre 2014 par une équipe de l'université de l'Ohio avec le All-sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN que les astronomes surnomment aussi « assassin ») qui recherchait des supernovae. Après en avoir eu vent, Sjoert van Velzen et son équipe ont observé l'objet trois semaines plus tard dans le domaine radio avec le Arcminute Microkelvin Imager (AMI) près de Cambridge, dans l'espoir notamment de surprendre ces fameux jets de plasma, accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière. Au même moment, les chercheurs avec qui il s'est associé ont collecté des données complémentaires issues de plusieurs observatoires si bien que l'équipe a pu constituer un portrait « multi-longueurs d'onde » inédit. Ils ont appris que l'énergie des jets est équivalente à celle émise par notre étoile durant 10 millions d'années. Les processus sont encore mal compris, mais ces observations contribuent à l'élaboration d'une théorie complète de ces événements.

« Espérons que la sensibilité accrue des futurs télescopes comme le Square Kilometre Array sera en mesure de détecter des jets d'autres trous noirs supermassifs de ce type et de même en découvrir plus sur eux » a déclaré la coauteure de cette étude Gemma Anderson (Curtin University) dans le communiqué de l'ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research).

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