Observation de la spaghettification d'une étoile dévorée par un trou noir

Publié par Redbran le 13/10/2020 à 09:00
Source: ESO
Mort par "spaghettification"

En utilisant les télescopes de l'Observatoire Européen Austral (ESO) et d'autres organisations dans le monde, les astronomes ont repéré un rare jet de lumière provenant d'une étoile déchirée par un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de masses solaires. C'est le type de trou noir le plus grand,...). Ce phénomène, connu sous le nom de perturbation par effet de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.), est l'éruption la plus proche de ce type enregistrée à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) à un peu plus de 215 millions d'années-lumière de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...), et a été étudié avec un niveau de détail sans précédent. Ces recherches sont publiées dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche...) subissant l'effet de marée d'un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de...) supermassif
Cette illustration montre une étoile (au premier plan) en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des marchandises), et...) de se "spaghettifier" alors qu'elle est aspirée par un trou noir supermassif (en arrière-plan) lors d'un "événement de rupture par effet de marée". Dans une nouvelle étude, réalisée avec l'aide du Very Large Telescope (Le Very Large Telescope (VLT) est un ensemble de 4 télescopes principaux et 4 auxiliaires à l'Observatoire du Cerro Paranal, situé dans le désert d'Atacama au nord...) de l'ESO et du New Technology Telescope de l'ESO, une équipe d'astronomes a découvert que lorsqu'un trou noir dévore une étoile, il peut éjecter un puissant jet de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) vers l'extérieur.
Crédit: ESO/M. Kornmesser

"L'idée d'un trou noir "aspirant" une étoile proche ressemble à de la science-fiction (La science-fiction, prononcée /sjɑ̃s.fik.sjɔ̃/ (abrégé en SF), est un genre narratif (principalement littéraire et...). 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 (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) de la Royal Astronomical Society à l'Université de Birmingham (L'Université de Birmingham (University of Birmingham ou Birmingham University) est la plus ancienne des trois universités dans la ville anglaise de Birmingham. Elle a été fondée en 1900 à partir du Mason Science...), au Royaume-Uni, et auteur principal de cette nouvelle étude. Mais ces événements de rupture par effet de marée, où une étoile subit ce que l'on appelle la "spaghettification" lorsqu'elle est aspirée par un trou noir, sont rares et pas toujours faciles à étudier. L'équipe de chercheurs 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 (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm...) qui s'est produit l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) dernière près d'un trou noir supermassif, pour étudier en détail ce qui se passe lorsqu'une étoile est dévorée par un tel monstre.

Les astronomes savent ce qui devrait se passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...). "Lorsqu'une étoile malchanceuse s'approche trop près d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.), l'attraction gravitationnelle extrême du trou noir déchiquette l'étoile en minces flots (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 (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés...) de l'Université de Cambridge (L'université de Cambridge est une université britannique connue dans le monde entier.), au Royaume-Uni, lorsqu'il a mené les travaux. Lorsque de minces brins de matière stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90...) tombent dans le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré du roman Vingt mille lieues sous les mers de Jules Verne.) au cours de ce processus de spaghettification, une éruption brillante d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) est libérée, et les astronomes peuvent la détecter.


Emplacement d'AT2019qiz dans la constellation d'Eridan
Cette carte montre l'emplacement d'AT2019qiz, un événement de rupture par effet de marée, dans la constellation d'Eridan. La carte montre la plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans de bonnes conditions, et la localisation d'AT2019qiz est indiquée par un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle. Celui-ci étant infiniment...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.).
Crédit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Bien que puissante et brillante, les astronomes ont eu jusqu'à présent du mal à étudier cet éclat de lumière, qui est souvent obscurci par un rideau de poussière et de débris. Les astronomes viennent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) juste de pouvoir faire la lumière sur l'origine de ce rideau.

"Nous avons découvert que, lorsqu'un trou noir dévore une étoile, il peut éjecter vers l'extérieur une puissante gerbe de matière qui obstrue notre vue", explique Samantha Oates, également de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Birmingham. Cela se produit parce que l'énergie libérée lorsque le trou noir dévore la matière stellaire propulse les débris de l'étoile vers l'extérieur.

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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) après que l'étoile ait été mise en pièces. "C'est parce que nous l'avons détecté tôt, que nous avons pu voir le rideau de poussière 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 (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial des États-Unis...) à l'université Northwestern aux États-Unis. "Cet exceptionnel "coup d'oeil derrière le rideau" nous a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites îles grecques...) la première occasion de déterminer l'origine la matière obscurcissante et de suivre en temps réel comment elle enveloppe le trou noir".


Le ciel autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d'AT2019qiz
Cette image montre le ciel autour de d'AT2019qiz, au centre même du cadre. Cette image a été créée à partir d'images Digitized Sky Survey 2.
Crédit: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

L'équipe a effectué des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) d'AT2019qiz, située dans une galaxie spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.) de la constellation d'Eridan, sur une période de 6 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), alors que sa luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) augmentait puis s'éteignait. "Plusieurs programmes de sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage peut également être une méthode statistique d'analyse d'une population humaine ou non humaine à partir d'un échantillon de cette population....) du ciel ont détecté l'émission provoqué par ce nouveau phénomène de perturbation par effet de marée très rapidement après que l'étoile ait 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".

De multiples observations de l'événement ont été faites au cours des mois suivants avec des instruments parmi lesquels X-shooter et EFOSC2, de puissants instruments du VLT et du NTT de l'ESO, qui sont situés au Chili. Ces observations rapides et approfondies dans l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et...), l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), les rayons X et la lumière radio ont révélé, pour la première fois, un lien direct entre la matière s'écoulant de l'étoile et la brillante éruption émise lorsqu'elle est dévorée par le trou noir. "Les observations ont montré que l'étoile avait à peu près la même masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) que notre propre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune,...), et qu'elle en a perdu environ la moitié au profit du monstre qu'est le trou noir, qui est plus d'un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999)...) de fois plus massif (Le mot massif peut être employé comme :)", explique Matt Nicholl, également chercheur invité à l'université d'Édimbourg.

En utilisant les télescopes de l'ESO et d'autres organisations du monde entier, les astronomes ont repéré un rare jet de lumière provenant d'une étoile déchirée par un trou noir supermassif. Cette vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à...) résume les résultats.
Crédit: ESO

La mort par spaghettification: l'animation (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent être dessinées, peintes, photographiées, numériques, etc.) artistique d'une étoile subissant les effets de marée provoquée par un trou noir.
Cette animation montre une étoile en train de se spaghettifier alors qu'elle est aspirée par un trou noir supermassif lors d'un "événement de rupture par effet de marée". Dans une nouvelle étude, réalisée avec l'aide du Very Large Telescope de l'ESO et du New Technology Telescope de l'ESO, une équipe d'astronomes a découvert que lorsqu'un trou noir dévore une étoile, il peut éjecter un puissant jet de matière vers l'extérieur.
Crédit: ESO/M. Kornmesser

Cette séquence vidéo fait un zoom sur la galaxie où se déroule l'événement de rupture par effet de marée AT2019qiz. Ce phénomène, une explosion de lumière provenant d'une étoile déchirée par un trou noir supermassif, a été étudié par les télescopes de l'ESO.
Crédit: ESO/Digitized Sky Survey 2/N. Risinger (skysurvey.org). Music: Astral Electronics

Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) nous aide à mieux comprendre les trous noirs supermassifs et comment la matière se comporte dans les environnements de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) 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 marées. L'ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, dont l'entrée en service est prévue pour cette décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), permettra aux chercheurs de détecter des événements de perturbation par effet de marées de plus en plus faibles et évoluant plus rapidement, afin de résoudre d'autres mystères de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général...) des trous noirs.
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