La détection la plus lointaine d'un trou noir avalant une étoile

Publié par Adrien le 02/12/2022 à 09:00
Source: ESO
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Au début de cette année, le Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral (VLT de l'ESO) a été alerté après qu'une source inhabituelle de lumière visible ait été détectée par un télescope de sondage. Le VLT, ainsi que d'autres télescopes, ont été rapidement pointés vers la source: un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million...) dans une galaxie lointaine qui avait dévoré une étoile, expulsant les restes dans un jet. Le VLT a déterminé qu'il s'agissait de l'exemple le plus éloigné d'un tel événement à avoir jamais été observé. Comme le jet est quasiment dirigé dans notre direction, c'est également la première fois qu'il a pu être observé en lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du...), ce qui constitue un nouveau moyen de détecter ces événements extrêmes.


Les étoiles qui s'approchent trop près d'un trou noir sont déchirées par son incroyable force de marée (La force de marée est une conséquence de la non-uniformité de la force de...) dans ce que l'on appelle un événement de rupture par effet de marée (en anglais tidal disruption event, TDE). Environ 1 % de ces événements provoquent l'éjection de jets de plasma et de rayonnements depuis les pôles du trou noir en rotation. En 1971, le pionnier des trous noirs John Wheeler(1) a présenté le concept de TDE à jets comme "un tube de dentifrice (Le dentifrice est une pâte utilisée sur une brosse à dents pour le nettoyage des...) serré en son milieu", ce qui fait que le système "éjecte de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) par les deux extrémités".

"Nous n'avons vu qu'une poignée de ces TDE à jets et ils restent des événements très exotiques et mal compris", explique Nial Tanvir de l'Université de Leicester au Royaume-Uni, qui a dirigé les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) visant à déterminer la distance de l'objet avec le VLT. Les astronomes sont donc constamment à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de ces événements extrêmes pour comprendre comment les jets sont réellement créés et pourquoi une si petite fraction des TDE les produit.

Dans le cadre de cette quête, de nombreux télescopes, dont le Zwicky Transient Facility (ZTF) aux États-Unis, scrutent régulièrement le ciel à la recherche de signes d'événements éphémères, souvent extrêmes, qui pourraient ensuite être étudiés de manière beaucoup plus détaillée par des télescopes tels que le VLT de l'ESO au Chili. "Nous avons mis au point un pipeline de données en code source (Le code source (ou les sources voire le source) est un ensemble d'instructions écrites dans un...) libre pour stocker et exploiter les informations importantes du sondage effectué par le ZTF et nous alerter en temps réel sur les événements atypiques", explique Igor Andreoni, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) à l'université du Maryland aux États-Unis, qui a codirigé l'article publié aujourd'hui dans Nature avec Michael Coughlin de l'université du Minnesota.

En février de cette année, le ZTF a détecté une nouvelle source de lumière visible. L'événement, nommé AT2022cmc, faisait penser à un sursaut gamma (Les sursauts gamma ou sursauts de rayons gamma (en anglais, gamma-ray bursts, abrégé en...) - la plus puissante source de lumière de l'Univers. La perspective d'assister à ce phénomène rare a incité les astronomes à déclencher plusieurs télescopes du monde entier pour observer la source mystérieuse plus en détail. Parmi eux, le VLT de l'ESO, qui a rapidement observé ce nouvel événement avec l'instrument X-shooter. Les données du VLT ont permis de situer la source à une distance sans précédent pour ces événements: la lumière produite par AT2022cmc a commencé son voyage lorsque l'univers avait environ un tiers de son âge actuel.

Une grande variété de lumière, allant des rayons gamma de haute énergie aux ondes radio, a été collectée par 21 télescopes dans le monde. L'équipe a comparé ces données avec différents types d'événements connus, de l'effondrement d'étoiles aux kilonovae. Mais le seul scénario qui correspondait aux données était celui d'un rare TDE à jets pointant vers nous. Giorgos Leloudas, astronome au DTU Space au Danemark et co-auteur de cette étude, explique que "parce que le jet relativiste est dirigé vers nous, cela rend l'événement beaucoup plus brillant qu'il ne le serait autrement, et visible sur une plus grande étendue du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...)."

La mesure de la distance par le VLT a révélé que AT2022cmc est le TDE le plus éloigné jamais découvert, mais ce n'est pas le seul aspect de cet objet qui bat des records. "Jusqu'à présent, le petit nombre de TDE à jets connus était initialement détecté à l'aide de télescopes observant dans les rayons gamma et les rayons X, mais c'est la première fois que l'on en découvre un au cours d'une étude optique", explique Daniel Perley, astronome à la Liverpool John Moores University au Royaume-Uni et co-auteur de l'étude. Il s'agit d'une nouvelle façon de détecter les TDE à jest, ce qui permet de futures études de ces événements rares et de sonder les environnements extrêmes qui entourent les trous noirs.

Les étoiles qui s'approchent trop près d'un trou noir sont déchirées par son incroyable force de marée dans ce que l'on appelle un événement de rupture par effet de marée (en anglais tidal disruption event, TDE). Environ 1 % de ces événements provoquent l'éjection de jets de plasma et de rayonnements depuis les pôles du trou noir en rotation. En 1971, le pionnier des trous noirs John Wheeler(1) a présenté le concept de TDE à jets comme "un tube de dentifrice serré en son milieu", ce qui fait que le système "éjecte de la matière par les deux extrémités".

"Nous n'avons vu qu'une poignée de ces TDE à jets et ils restent des événements très exotiques et mal compris", explique Nial Tanvir de l'Université de Leicester au Royaume-Uni, qui a dirigé les observations visant à déterminer la distance de l'objet avec le VLT. Les astronomes sont donc constamment à la recherche de ces événements extrêmes pour comprendre comment les jets sont réellement créés et pourquoi une si petite fraction des TDE les produit.

Dans le cadre de cette quête, de nombreux télescopes, dont le Zwicky Transient Facility (ZTF) aux États-Unis, scrutent régulièrement le ciel à la recherche de signes d'événements éphémères, souvent extrêmes, qui pourraient ensuite être étudiés de manière beaucoup plus détaillée par des télescopes tels que le VLT de l'ESO au Chili. "Nous avons mis au point un pipeline de données en code source libre pour stocker et exploiter les informations importantes du sondage effectué par le ZTF et nous alerter en temps réel sur les événements atypiques", explique Igor Andreoni, astronome à l'université du Maryland aux États-Unis, qui a codirigé l'article publié aujourd'hui dans Nature avec Michael Coughlin de l'université du Minnesota.

En février de cette année, le ZTF a détecté une nouvelle source de lumière visible. L'événement, nommé AT2022cmc, faisait penser à un sursaut gamma - la plus puissante source de lumière de l'Univers. La perspective d'assister à ce phénomène rare a incité les astronomes à déclencher plusieurs télescopes du monde entier pour observer la source mystérieuse plus en détail. Parmi eux, le VLT de l'ESO, qui a rapidement observé ce nouvel événement avec l'instrument X-shooter. Les données du VLT ont permis de situer la source à une distance sans précédent pour ces événements: la lumière produite par AT2022cmc a commencé son voyage lorsque l'univers avait environ un tiers de son âge actuel.

Une grande variété de lumière, allant des rayons gamma de haute énergie aux ondes radio, a été collectée par 21 télescopes dans le monde. L'équipe a comparé ces données avec différents types d'événements connus, de l'effondrement d'étoiles aux kilonovae. Mais le seul scénario qui correspondait aux données était celui d'un rare TDE à jets pointant vers nous. Giorgos Leloudas, astronome au DTU Space au Danemark et co-auteur de cette étude, explique que "parce que le jet relativiste est dirigé vers nous, cela rend l'événement beaucoup plus brillant qu'il ne le serait autrement, et visible sur une plus grande étendue du spectre électromagnétique."

La mesure de la distance par le VLT a révélé que AT2022cmc est le TDE le plus éloigné jamais découvert, mais ce n'est pas le seul aspect de cet objet qui bat des records. "Jusqu'à présent, le petit nombre de TDE à jets connus était initialement détecté à l'aide de télescopes observant dans les rayons gamma et les rayons X, mais c'est la première fois que l'on en découvre un au cours d'une étude optique", explique Daniel Perley, astronome à la Liverpool John Moores University au Royaume-Uni et co-auteur de l'étude. Il s'agit d'une nouvelle façon de détecter les TDE à jest, ce qui permet de futures études de ces événements rares et de sonder les environnements extrêmes qui entourent les trous noirs.

Notes:
(1) On attribue souvent à John Archibald Wheeler l'invention du terme "trou noir" dans un discours prononcé en 1967 devant la NASA.
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