Plus tôt cette année, les astronomes de l’Observatoire Palomar ont détecté un éclair extraordinaire dans une partie du ciel où aucune lumière de ce type n’avait été observée la nuit précédente. D’après un calcul approximatif, le flash a semblé émettre plus de lumière que 1 000 billions de soleils.
L’équipe, dirigée par des chercheurs de la NASA, de Caltech et d’ailleurs, a publié sa découverte dans un bulletin d’astronomie, où le signal a attiré l’attention des astronomes du monde entier, y compris des scientifiques du MIT et de l’Université de l’Utah.
Au cours des jours suivants, plusieurs télescopes se sont concentrés sur le signal pour recueillir plus de données sur plusieurs longueurs d’onde dans les bandes de rayons X, ultraviolets, optiques et radio, pour voir ce qui pourrait produire une telle quantité de lumière.
Interprétation artistique d’une explosion de trou noir. Crédit image : Université de l’Utah (image fixe de la vidéo)
Maintenant, les astronomes et collaborateurs ont déterminé une source probable pour le signal. Dans une étude parue dans Astronomie naturelle, les scientifiques rapportent que le signal AT 2022cmc provient probablement d’un jet de matière relativiste lancé par un trou noir supermassif à une vitesse proche de la lumière. Ils croient que le jet est le produit d’un trou noir qui a soudainement commencé à dévorer une étoile proche, libérant une énorme quantité d’énergie.
Les astronomes ont observé d’autres « événements de perturbation des marées », ou TDE, dans lesquels une étoile qui passe est déchirée par les forces de marée d’un trou noir. AT 2022cmc est plus brillant que n’importe quel TDE découvert à ce jour. La source est également la TDE la plus éloignée jamais détectée, à quelque 8,5 milliards d’années-lumière, soit plus de la moitié de l’univers.
Comment un événement aussi lointain a-t-il pu apparaître si brillant dans notre ciel ? L’équipe a déclaré que le jet du trou noir pourrait pointer directement vers la Terre, ce qui rendrait le signal plus brillant que si le jet pointait dans une autre direction. L’effet est appelé « amplification Doppler ».
AT 2022cmc est le quatrième TDE boosté par Doppler jamais détecté et le premier événement de ce type observé depuis 2011. Il s’agit également du premier TDE découvert à l’aide d’un relevé optique du ciel.
« L’une des signatures révélatrices de la présence d’un tel jet est une puissante émission radio à partir d’un petit volume d’espace », a déclaré Tanmoy Laskar, membre de la faculté du Département de physique et d’astronomie de l’U, et un co -auteur de l’étude. Un rapport préliminaire a alerté l’équipe que cet événement pourrait avoir des émissions radio détectables. « Alors, nous avons poursuivi avec le Karl G. Jansky Very Large Array au Nouveau-Mexique, et boum, ça y était ! Émission radio lumineuse signalant un jet compact, boosté par Doppler.
Au fur et à mesure que des télescopes plus puissants démarreront dans les années à venir, ils révéleront davantage de TDE, ce qui peut faire la lumière sur la façon dont les trous noirs supermassifs se développent et façonnent les galaxies qui les entourent.
« Nous savons qu’il existe un trou noir supermassif par galaxie, et ils se sont formés très rapidement au cours du premier million d’années de l’univers », a déclaré le co-auteur Matteo Lucchini, postdoctorant à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT. « Cela nous indique qu’ils se nourrissent très rapidement, bien que nous ne sachions pas comment fonctionne ce processus d’alimentation. Ainsi, des sources comme un TDE peuvent en fait être une très bonne sonde pour savoir comment ce processus se déroule.
Frénésie alimentaire
Après la découverte initiale d’AT 2022cmc, l’équipe s’est concentrée sur le signal à l’aide de l’étoile à neutrons Interior Composition Explorer (NICER), un télescope à rayons X qui fonctionne à bord de la Station spatiale internationale.
« Les choses semblaient assez normales les trois premiers jours », se souvient l’auteur principal de l’étude, Dheeraj « DJ » Pasham, qui est boursier Einstein au MIT. « Ensuite, nous l’avons regardé avec un télescope à rayons X, et ce que nous avons découvert, c’est que la source était trop brillante. »
En règle générale, ces éclairs brillants dans le ciel sont des sursauts gamma – des jets extrêmes d’émissions de rayons X qui jaillissent de l’effondrement d’étoiles massives.
« Les GRB et les TDE sont des événements qui ont des jets ultrarapides pointés vers la Terre », a déclaré Laskar. « L’un des principaux moyens de les distinguer est les rayons X. Les TDE à jet semblent également avoir une émission de rayons X fortement variable. En effet, l’équipe a constaté que les émissions de rayons X d’AT 2022cmc oscillaient largement d’un facteur 500 en quelques semaines.
L’équipe a ensuite recueilli les observations d’autres télescopes à rayons X, radio, optiques et UV et a suivi l’activité du signal au cours des semaines suivantes. Une autre propriété remarquable qu’ils ont observée est l’extrême luminosité du signal dans la bande des rayons X.
« Cet événement particulier était 100 fois plus puissant que la rémanence la plus puissante du sursaut gamma », a déclaré Pasham. « C’était quelque chose d’extraordinaire. »
Ils soupçonnaient qu’une telle activité extrême de rayons X devait être alimentée par un épisode d’accrétion extrême – un événement qui génère un énorme disque de barattage, comme à partir d’un événement de perturbation de marée, dans lequel une étoile déchiquetée crée un tourbillon de débris lorsqu’elle tombe dans un trou noir.
L’équipe a découvert que la luminosité des rayons X d’AT 2022cmc était comparable, bien que plus brillante, à trois TDE à jet précédemment détectés. Ces événements lumineux ont généré des jets de matière pointant directement vers la Terre. Les chercheurs se sont demandé : si la luminosité d’AT 2022cmc est le résultat d’un jet similaire ciblant la Terre, à quelle vitesse le jet doit-il se déplacer pour générer un signal aussi lumineux ? Pour répondre à cela, Lucchini a modélisé les données du signal, en supposant que l’événement impliquait un jet se dirigeant directement vers la Terre.
« Nous avons constaté que la vitesse du jet est de 99,99% la vitesse de la lumière », a déclaré Lucchini.
Pour produire un jet aussi intense, le trou noir doit être dans une phase extrêmement active – ce que Pasham a décrit comme une « frénésie d’hyper-alimentation ».
« Il avale probablement l’étoile au rythme de la moitié de la masse du soleil par an », a estimé Pasham. « Une grande partie de cette perturbation des marées se produit très tôt, et nous avons pu saisir cet événement dès le début, dans la semaine suivant le début du trou noir à se nourrir de l’étoile. »
« Nous nous attendons à beaucoup plus de ces TDE à l’avenir », a ajouté Lucchini. « Alors nous pourrons peut-être dire, enfin, comment exactement les trous noirs lancent ces jets extrêmement puissants. »
« Lorsque le prochain TDE sera découvert, nous serons à nouveau prêts à capter sa lumière des rayons X aux ondes radio », a déclaré Laskar. « En combinant ces données avec des modèles physiques, nous espérons construire une image complète de la façon dont les trous noirs supermassifs au centre des galaxies se développent, évoluent et façonnent leur environnement au cours du temps cosmique. »
La source: Université de l’Utah
