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V404 Cygni : quand un trou noir stellaire se réveille

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Cela faisait 26 ans que V404 Cygni ne s'était pas montré aussi actif. Le 15 juin dernier, la détection d'un soudain sursaut lumineux dans la constellation du Cygne où se cache le trou noir stellaire et son étoile compagnon (système binaire), a exalté les spécialistes du monde entier. Plusieurs télescopes terrestres et spatiaux sont mobilisés pour dépeindre cet astre compact dans une large gamme de longueurs d'onde. Une occasion unique de tester les modèles dans ce domaine.

Illustration d’un système binaire où une étoile se fait dévorer par son compagnon, en l’occurrence un trou noir de type stellaire. Une situation que connait le système V404 Cygni, à environ 8.000 années-lumière de nous. Depuis le 15 juin, de puissantes émissions en rayon X ont été détectées (d’abord par Swift), trahissant un réveil soudain après que le barrage qui retenait la matière aspirée de l’étoile des décennies durant s'est brisé. Cela ne s’était pas produit depuis 1989. © Esa, ATG Medialab

Depuis le 15 juin et l'annonce du réveil du trou noir stellaire V404 Cygni, beaucoup d'astrophysiciens sont affairés pour ne pas rater une miette du spectacle. Il faut dire que depuis la détection de la première explosion par le satellite Swift« il est devenu à plusieurs reprises l'objet le plus brillant du ciel dans le rayonnement X — jusqu'à 50 fois plus brillant que la nébuleuse du Crabe, qui est d'ordinaire l'une des sources les plus importantes », commente Erik Kuulkers, membre de l'équipe scientifique du satellite Integral (International Gamma-ray Astrophysics Laboratory) de l'Esa, lancé en 2002. Les données collectées dans plusieurs longueurs d'onde par différents télescopes spatiaux et terrestres sont irremplaçables, rappellent les chercheurs. C'est en effet une occasion unique de vérifier leurs modèles par l'observation.

L'événement était au centre des discussions lors de la Semaine européenne de conférence sur l'astronomie et les sciences spatiales qui s'est tenue à Tenerife, aux Canaries. « Maintenant que cet objet extrême s'est à nouveau réveillé, commente Carlo Ferrigno du Centre de données scientifiques d'Integral, à l'université de Genève, nous sommes tous désireux d'en apprendre plus sur le moteur qui alimente l'explosion que nous observons ».

Une nova en rayonnement X

Le précédent coup d'éclat de ce trou noir stellaire situé au sein de la Voie lactée, dans une région très peuplée d'étoiles, à environ 8.000 années-lumière de la Terre en direction du Cygne, remonte à 1989. En fouillant les archives, des chercheurs ont pu établir que ses précédents sursauts lumineux dataient de 1938 (il était question alors de Nova Cygni 1938) et de 1956.

Quelque temps après le coup d'éclat de 1989, une fois le calme revenu, une équipe réussit ensuite à observer le petit compagnon de ce système binaire, une étoile un peu plus petite et deux fois moins massive que notre Soleil. Quant à V404 Cygni, l'étude du mouvement relatif des deux corps a permis de déterminer qu'il est environ 12 fois plus massif que notre étoile. Ce ne pouvait donc pas être un objet compact comme une étoile à neutron ou une naine blanche. Tout indique qu'il s'agit d'un trou noir stellaire. Il est aussi qualifié de nova en rayonnement X. En effet, cette puissante source se situe dans cette longueur d'onde mais ne se manifeste que pendant de brefs instants — quelques heures voire quelques jours. Elle s'atténue et disparaît ensuite pendant des mois ou des années...

Le système binaire X V404 Cygni est un voisin du célèbre Cygnus X-1, qui s'affiche lui aussi dans la même constellation. Ce dernier a été découvert en 1964. Sa nature de trou noir stellaire (le premier jamais découvert) fut établie au début des années 1970.

Le satellite Swift a pu observer en premier le nouveau sursaut du trou noir stellaire V404 Cygni, situé au sein de notre Voie lactée. © Nasa

Les boîtes aux lettres des scientifiques « spammées par un trou noir » !

Cela fait donc 26 ans que V404 Cygni ne s'était pas montré aussi actif. Pour les spécialistes qui ne le quittent plus des yeux depuis quelques jours, ces soudains soubresauts s'expliquent par l'accumulation de matière autour du trou noir, des décennies durant, « jusqu'à finalement atteindre un point de basculement qui change radicalement la façon habituelle du trou noir de se nourrir sur une courte période », explique l'Esa dans son communiqué. Comme un barrage qui se rompt, une débauche de matière tombe alors soudainement et provoque ces fulgurances que nous observons enfin, 8.000 ans après que cela s'est produit...

Ainsi, au cours de la première semaine, les multiples éruptions ont déclenché plus de 70 fois le Gamma-ray Burst Monitor (GBM) du télescope spatial Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope). D'ailleurs, nombre de chercheurs reçoivent des e-mails d'avertissement à chaque fois, ce qui a fait dire à David Yu, scientifique du GBM au Max Planck Institute of Extraterrestrial Physics (Garching, Allemagne), sur les réseaux sociaux, que sa « boîte aux lettres [était] spammée par un trou noir » !

Cerner V404 Cygni dans une large gamme de longueurs d’onde

Les observations sont réalisées chaque nuit dans un large éventail de longueurs d'onde (du X à radio) aux quatre coins de la Planète afin de brosser le portrait le plus complet possible de cet astre. C'est très rare pour ce type d'objet dans un système double. Parmi les contributeurs, le Gran Telescopio Canarias met à disposition son œil géant de 10,4 mètres de diamètre pour le scruter et le disséquer. « Il y a plusieurs caractéristiques dans notre spectre qui montrent des expulsions de matière dans l'environnement du trou noir, raconte Teo Muñoz-Darias de l'Instituto de Astrofísica de Canarias, à Tenerife. Nous sommes impatients de tester notre compréhension actuelle des trous noirs et de leurs habitudes alimentaires avec ces données très riches. »

Dans le domaine radio, les chercheurs ont également constaté une série de sursauts extrêmement lumineux. Intégral est donc mobilisé exclusivement pour scruter cette source de rayonnement X, « au moins jusqu'à début juillet, note l'un des membres de la mission européenne (Esa), Peter Kretschmar. Les observations seront bientôt rendues publiques afin que les astronomes du monde entier puissent les exploiter pour en savoir plus sur cet objet unique ». Il ajoute aussi qu'il sera possible « d'utiliser les données d'Integral pour essayer de détecter la polarisation des émissions de rayons X et gamma, lesquelles pourraient révéler plus de détails sur la géométrie du processus d'accrétion du trou noir. Voilà de la matière pour les manuels d'astrophysique de ces prochaines années », conclut-il.

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